ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ КОНФИГУРАЦИЮ СИЛОВОЙ ЦЕПИ ЭЛЕКТРОВОЗА ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ
DUAL SERVICE ELECTRIC LOCOMOTIVE POWER CIRCUIT

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электровозах двойного питания.
Известна силовая цепь электровоза двойного питания ВЛ82М, которая состоит из токоприемника, соединенного через разъединитель токоприемника с заземлителем цепи токоприемника и главным подвижным контактом переключателя рода тока, первый главный неподвижный контакт которого соединен с одним из двух выводов силового контакта главного выключателя и разрядником, предназначенным для работы на переменном роде тока, а второй главный неподвижный контакт - с одним из двух выводов силового контакта быстродействующего выключателя и разрядником, предназначенным для работы на постоянном роде тока, при этом второй вывод силового контакта главного выключателя соединен с первичной обмоткой тягового трансформатора электровоза, а второй вывод силового контакта быстродействующего выключателя соединен с дифференциальной защитой цепи постоянного тока электровоза (Дубровский З.М., Попов В.И., Тушканов Б.А. Грузовые электровозы переменного тока: Справочник. // М: Транспорт. - 1991. - 471 с.).
Переключение силовой цепи электровоза ВЛ82М на работу под переменным или постоянным током осуществляется трехпозиционным переключателем рода тока, главный подвижный контакт которого имеет следующие фиксированные положения:
- «переменный ток»;
- «постоянный ток»;
- «нейтраль».
В положение «нейтраль» главный подвижный контакт переключателя рода тока устанавливается в следующих случаях:
- при проследовании электровозом нейтральных вставок, разделяющих фидерные зоны соседних тяговых подстанций переменного тока;
- при проследовании электровозом узлов стыкования двух систем энергоснабжения;
- после того как опустится токоприемник.
При этом, если главный подвижный контакт переключателя рода тока находится в положении «нейтраль», то он обеспечивает физический разрыв цепи токоприемника с силовыми цепями постоянного и переменного тока.
В положение «переменный ток» главный подвижный контакт переключателя рода тока устанавливается в том случае, если устройство контроля рода тока, входящее в состав оборудования электровоза, определит переменный род тока в контактной сети, а в положение «постоянный ток» - если устройство контроля рода тока определит постоянный род тока в контактной сети.
Таким образом, при работе электровоза от сети переменного тока переключатель рода тока электрически соединяет цепь токоприемника с силовым контактом главного выключателя электровоза, а при работе электровоза от сети постоянного тока - цепь токоприемника с силовым контактом быстродействующего выключателя электровоза.
Рассмотрим ситуацию, когда электровоз находится в так называемом «холодном отстое», т.е. стоит с опущенными токоприемниками и при этом заземлитель цепи токоприемника не заземлен, т.к. не было необходимости выполнять это действие. В этом случае электрической связи цепи токоприемника с корпусом электровоза, а значит и с «землей» по существу нет, т.к. цепь токоприемника от корпуса электровоза изолирована высоковольтными изоляторами, а от силовых цепей переменного и постоянного тока, в которых установлены защитные устройства (разрядники) - переключателем рода тока.
Попадание грозового разряда в одну из точек цепи токоприемника, в этом случае, приведет к разрушению одного или нескольких высоковольтных изоляторов.
В электровозостроении исторически сложилось так, что главный выключатель переменного тока всегда располагался на крыше электровоза, а быстродействующий выключатель постоянного тока - в кузове электровоза. Исключением не стал и электровоз ВЛ82М, на котором главный выключатель переменного тока и переключатель рода тока расположены на крыше электровоза, а быстродействующий выключатель постоянного тока - в кузове электровоза.
Электрическое соединение между одним из главных неподвижных контактов переключателя рода тока и выводом силового контакта быстродействующего выключателя выполнено в виде шинного монтажа, часть которого проходит в высоковольтной камере (ВВК) электровоза. Этот шинный монтаж является одним из элементов силовой цепи постоянного тока.
Необходимо также отметить, что на этом электровозе главный выключатель переменного тока, выключаясь, производит автоматическое заземление всей силовой цепи переменного тока. При этом силовая цепь постоянного тока никаких специальных заземляющих устройств не имеет.
Рассмотрим ситуацию, когда ремонтному персоналу необходимо войти в ВВК для выполнения технического обслуживания или ремонта. Перед тем как войти в ВВК ремонтный персонал, конечно же, выключит главный или быстродействующий выключатель, опустит токоприемник, заземлит цепь токоприемника и разблокирует ВВК. В итоге цепь токоприемника и вся силовая цепь переменного тока будут заземлены, а силовая цепь постоянного тока - нет, т.к. при опущенных токоприемниках она не имеет электрической связи с уже заземленной цепью токоприемника и не снабжена специальным заземляющим устройством.
Известны случаи, когда на электровозе, стоящем под контактным проводом с опущенными токоприемниками на токопроводящих элементах крышевого оборудования возникало напряжение, наводимое магнитными полями, создаваемыми контактным проводом.
В этой связи при нахождении электровоза с опущенными токоприемниками под контактным проводом можно получить ситуацию, когда один из членов ремонтного персонала, войдя в ВВК и коснувшись шинного монтажа силовой цепи постоянного тока, может получить удар электрическим током.
Работа электрической схемы электровоза ВЛ82М построена таким образом, что при движении электровоза по участкам железной дороги электрифицированной на переменном токе происходят частые переключения главного контакта переключателя рода тока из положения «переменный ток» в положение «нейтраль» и обратно. Связано это с тем, что нейтральные вставки, разделяющие фидерные зоны соседних тяговых подстанций переменного тока, располагаются практически через каждые пятьдесят километров. Совершенно очевидно, что при таком построении силовой цепи происходит очень быстрое изнашивание подвижных частей переключателя рода тока, приводящее к частым заходам на технические обслуживания и ремонты.
В связи с вышеизложенным можно выделить следующие недостатки описанной ранее силовой цепи электровоза двойного питания ВЛ82М:
- отсутствие защиты цепи токоприемника от грозовых разрядов в тех случаях, когда главный подвижный контакт переключателя рода тока находится в положении «нейтраль»;
- отсутствие защиты ремонтного персонала от поражения электрическим током при выполнении технических осмотров или ремонтов электровоза, стоящего под контактным проводом с опущенными токоприемниками;
- частые заходы на технические осмотры и ремонты по причине большого механического износа подвижных частей трехпозиционного переключателя рода тока.
Подобная силовая цепь реализована и на электровозе двойного питания ЭП10 (Лещев А.И., Матекин С.С., Усвицкий С.А., Кирилов B.C. Электровоз двойного питания ЭП10: особенности конструкции и электрических схем. // Локомотив. - 1999. - №11. - С.28-32).
Силовая цепь электровоза двойного питания ЭП10 имеет те же недостатки, что и силовая цепь электровоза ВЛ82М.
В связи с этим задачей изобретения является разработка такой силовой цепи электровоза двойного питания, которая бы исключала описанные ранее недостатки.
Поставленная задача решается тем, что силовая цепь электровоза двойного питания, содержащая токоприемник, соединенный через разъединитель токоприемника с главным подвижным контактом переключателя рода тока, первый главный неподвижный контакт которого соединен с одним из двух выводов силового контакта главного выключателя и разрядником (или ограничителем перенапряжений), предназначенным для работы на переменном роде тока, а второй главный неподвижный контакт - с одним из двух выводов силового контакта быстродействующего выключателя и разрядником (или ограничителем перенапряжений), предназначенным для работы на постоянном роде тока, при этом второй вывод силового контакта главного выключателя соединен с первичной обмоткой тягового трансформатора электровоза, а второй вывод силового контакта быстродействующего выключателя соединен с дифференциальной защитой цепи постоянного тока электровоза, а также содержащая заземлитель, дополнительно содержит второй заземлитель, при этом оба заземлителя выполнены двухножевыми, один нож первого двухножевого заземлителя соединен с одним из главных неподвижных контактов переключателя рода тока, а другой нож - с первичной обмоткой тягового трансформатора электровоза, один нож второго двухножевого заземлителя соединен с одним из главных неподвижных контактов переключателя рода тока, а другой нож - с дифференциальной защитой цепи постоянного тока электровоза, при этом двухножевой заземлитель, подключенный параллельно силовому контакту главного выключателя, интегрирован в корпус главного выключателя, а переключатель рода тока выполнен двухпозиционным.
Главный подвижный контакт двухпозиционного переключателя рода тока имеет следующие фиксированные положения:
- «переменный ток»;
- «постоянный ток».
В положение «переменный ток» главный подвижный контакт переключателя рода тока устанавливается в следующих случаях:
- если устройство контроля рода тока, входящее в состав оборудования электровоза, определит переменный род тока в контактной сети;
- при проследовании электровозом нейтральных вставок, разделяющих фидерные зоны соседних тяговых подстанций переменного тока;
- при проследовании электровозом узлов стыкования двух систем энергоснабжения;
- после того как опустится токоприемник.
В положение «постоянный ток» главный подвижный контакт переключателя рода тока устанавливается в том случае, если устройство контроля рода тока определит постоянный ток в контактной сети.
Таким образом, при работе электровоза от сети переменного тока или при отсутствии напряжения на токоприемнике, переключатель рода тока электрически соединяет цепь токоприемника с силовым контактом главного выключателя электровоза, а при работе электровоза от сети постоянного тока - цепь токоприемника с силовым контактом быстродействующего выключателя электровоза.
Положительный эффект изобретения проявляется в том, что силовая цепь электровоза двойного питания, позволит обеспечить:
- защиту силовой цепи электровоза от грозовых разрядов как при движении электровоза с поднятым токоприемником, так и при стоянке электровоза с опущенными токоприемниками;
- защиту ремонтного персонала от поражения электрическим током при выполнении технических осмотров или ремонтов электровоза, стоящего под контактным проводом с опущенными токоприемниками;
- уменьшение количества циклов переключений переключателя рода тока, что, в свою очередь, позволяет увеличить пробег электровоза между техническими обслуживаниями и ремонтами;
- уменьшение количества силового оборудования, располагаемого на крыше электровоза, при использовании главного выключателя с интегрированным в его корпус двухножевым заземлителем.
На чертеже изображена силовая цепь электровоза двойного питания.
Силовая цепь электровоза состоит из токоприемника 1, соединенного через разъединитель токоприемника 2 с главным подвижным контактом двухпозиционного переключателя рода тока 3, первый главный неподвижный контакт которого соединен с разрядником (или ограничителем перенапряжений) 4, предназначенным для работы на переменном роде тока, одним из двух выводов силового контакта главного выключателя 5 и одним из ножей двухножевого заземлителя 6, а второй главный неподвижный контакт двухпозиционного переключателя рода тока 3 - е разрядником (или ограничителем перенапряжений) 7, предназначенным для работы на постоянном роде тока, одним из двух выводов силового контакта быстродействующего выключателя 8 и одним из ножей двухножевого заземлителя 9, при этом второй вывод силового контакта главного выключателя 5 соединен с первичной обмоткой тягового трансформатора электровоза и вторым ножом двухножевого заземлителя 6, а второй вывод силового контакта быстродействующего выключателя 8 соединен с дифференциальной защитой цепи постоянного тока электровоза и вторым ножом двухножевого заземлителя 9. Двухножевой заземлитель 6 при этом интегрирован в корпус главного выключателя 5.
Положение главного подвижного контакта двухпозиционного переключателя рода тока 3 на чертеже показано для тех случаев, когда электровоз работает от сети переменного тока или напряжение на токоприемнике отсутствует.
Работа силовой цепи электровоза двойного питания заключается в следующем.
При работе электровоза от сети переменного тока или при отсутствии напряжения на токоприемнике 1 главный подвижный контакт переключателя рода тока 3 находится в положении, соответствующем переменному току в контактной сети. В этом положении подвижный контакт переключателя рода тока 3 электрически соединяет цепь токоприемника 1 с силовым контактом главного выключателя 5.
При такой конфигурации силовой цепи электровоза обеспечивается защита от грозовых разрядов не только цепи переменного тока, включающую в свой состав главный выключатель 5 и первичную обмотку тягового трансформатора, но цепи токоприемника 1. Функцию защиты данных цепей от грозовых разрядов и коммутационных перенапряжений выполняет разрядник 4.
При проследовании электровозом нейтральных вставок, разделяющих фидерные зоны соседних тяговых подстанций переменного тока, главный подвижный контакт переключателя рода тока 3 остается в положении, соответствующем переменному току в контактной сети. Таким образом, при движении электровоза по участкам электрифицированных на переменном токе, никаких переключений главного подвижного контакта переключателя рода тока 3 не происходит, что значительно повышает срок его службы и позволяет увеличить пробег электровоза между техническими обслуживаниями и ремонтами.
При работе электровоза от сети постоянного тока главный подвижный контакт переключателя рода тока 3 находится в положении, соответствующем постоянному току в контактной сети. В этом положении подвижный контакт переключателя рода тока 3 электрически соединяет цепь токоприемника 1 с силовым контактом быстродействующего выключателя 8.
При такой конфигурации силовой цепи электровоза защита цепи токоприемника 1 и цепи постоянного тока от грозовых разрядов и коммутационных перенапряжений обеспечивается разрядником 7.
Защита ремонтного персонала от поражения электрическим током в данной силовой цепи, осуществляется двумя двухножевыми заземлителями 6 и 9, ножи которых включены параллельно силовым контактам главного выключателя 5 и быстродействующего выключателя 8 соответственно.
В связи с этим новшеством, ремонтному персоналу для того, чтобы попасть в ВВК, необходимо будет выключить главный выключатель 5 или быстродействующий выключатель 8, опустить токоприемник 1 и заземлить силовые цепи постоянного и переменного тока двухножевыми заземлителями 6 и 9.
Как ранее было отмечено, при опущенном положении токоприемника 1 главный подвижный контакт переключателя рода тока 3 находится в положении, соответствующем переменному току в контактной сети и в этом положении подвижный контакт переключателя рода тока 3 электрически соединяет цепь токоприемника 1 с силовым контактом главного выключателя 5. При этом заземление двухножевым заземлителем 6 приводит к одновременному заземлению силовой цепи переменного тока и цепи токоприемника 1. Более того, при использовании главного выключателя 5 с интегрированным в его корпус двухножевым заземлителем 6, такое решение позволяет уменьшить количество силового оборудования, располагаемого на крыше электровоза, что является существенным при разработке электровозов двойного питания.
Использование двухножевого заземлителя 9 в силовой цепи постоянного тока исключает возможность поражения ремонтного персонала электрическим током в тех случаях, когда электровоз стоит под контактным проводом, т.к. шинный монтаж, соединяющий один из главных неподвижных контактов переключателя рода тока 3, расположенного на крыше электровоза, с силовым контактом быстродействующего выключателя 8, расположенного в кузове электровоза, в этом случае будет заземлен.
Использование силовой цепи электровоза двойного питания позволит обеспечить:
- защиту силовой цепи электровоза от грозовых разрядов как при движении электровоза с поднятым токоприемником, так и при стоянке электровоза с опущенными токоприемниками;
- защиту ремонтного персонала от поражения электрическим током при выполнении технических осмотров или ремонтов электровоза, стоящего под контактным проводом с опущенными токоприемниками;
- уменьшение количества циклов переключений переключателя рода тока, что, в свою очередь, позволяет увеличить пробег электровоза между техническими обслуживаниями и ремонтами;
- уменьшение количества силового оборудования, располагаемого на крыше электровоза, при использовании главного выключателя с интегрированным в его корпус двухножевым заземлителем.