Оглавление цикла «ТЭД — труженик электродвигатель»
- Вступление
- Реле перегрузки
- Реле боксования и обрыва полюсов
- Реле пробоя вентилей
- Реле заземления
- Тепловые реле и другие
...Вот и всё, «скорость» сорвавшейся оси перевалила за 100 км/ч, сцепление с рельсами колёсная пара утратила совершенно. Никакой надежды на выход из боксования уже нет — это надо полностью сброситься и дождаться, пока раскрученные тонны металла напилятся досыта. Поздно! Вылетели клинья, тяжёлую медь обмотки выбросило на железо полюсов, начало кромсать.
Начало художественного вступления — здесь:
Плюс, учуяв новую дорогу, перескочил с якоря на полюса, проделал сложный путь по стальным рамам и опорам, штопором закрутился в катушке реле заземления, попутно дёрнув его якорь, и пришёл на минус выпрямительной.
Пульт озарился лампой «РЗ» — она каким-то чудом выжила среди пустых глазниц, а машинисту показалось, что поезд зарылся носом в воду. Это сбросилась по команде РЗ задняя секция. Помощник, только зайдя в секцию, услышал, как ухнул дизель, словно споткнувшись, и пошёл терять обороты турбокомпрессор.
Рысью вернувшись в кабину, он увидел горящую на пульте «РЗ» и всё понял:
— Запись была, что на задней меняли четвёртый!
— Да, рубани четвёртый ОМик и попробуем.
Началась настоящая борьба за живучесть корабля среди североуральской тайги. Но об этом — в конце, а пока нужно разобраться, что такое защита от боксования, реле заземления и прочие мелкие, но нужные аппараты защиты.
Может показаться, что всё это устарело и на современных локомотивах (тех, что выпускаются сейчас — ЭП1М, 2ЭС6, ТЭП70БС...) не применяется, но на деле часть механических реле просто заменена виртуальными — строчками кода. Данные на входе и результат на выходе не изменились. А многие реле никуда с конвейера не делись — они надёжней кода...
Реле перегрузки
Самый, пожалуй, известный аппарат защиты. Действует очень просто: его основа — силовая катушка, по которой протекает ток тягового двигателя (или иного потребителя), возле которой находится удерживаемый пружиной якорь.
Если ток больше допустимого — то катушка притягивает якорь с такой силой, что пересиливает пружину, якорь поворачивается и переключает контакты в цепях управления — например, разрывает цепь удерживающей катушки ГВ. На ряде отечественных реле (например, изображённом выше РТ-502) установлен «флажок», который падает при срабатывании. Лампа на все реле одна, поэтому ясно, какое сработало, лишь по флажку. Взводится он вручную.
Из тепловозов реле перегрузки есть не на всех — там ограничения «встроены» в систему возбуждения генератора, есть и ограничение общего тока, и ограничение максимальной мощности при отключении части двигателей, чтобы не перегрузить оставшиеся. Реле перегрузки есть на тепловозах с генератором переменного тока, например, на ТЭМ7 — срабатывает при токе выпрямителя 12,3 кА. Правда, оно называется иначе — реле максимального тока, РМТ, и включено довольно сложно, посмотрим ниже.
А вот у ЭПС (электроподвижного состава) в распоряжении контактная сеть, из которой тока можно взять, грубо говоря, сколько угодно — вплоть до опасного. А главный аппарат защиты — БВ либо ГВ с РМТ — может не учуять опасный для отдельной части схемы ток. Работа БВ и ГВ описана в предыдущей статье:
Поэтому на электровозах и электропоездах реле перегрузки может быть усеяна вся схема. Вот, например, схема основных пока ещё грузовых электровозов переменного тока запада России, а также дорог Белоруссии, Казахстана и Узбекистана — ВЛ80Т, ВЛ80С:
2/3 схемы слева — силовая часть, где тяговые двигатели. Как видим, своё РП стоит на каждый двигатель, причём отдельное стоит на работу в режиме тяги (залиты синим), отдельное стоит на работу двигателей в режиме реостатного торможения (залиты красным). Об электрическом торможении — в статье 21:
Есть ещё пара реле на ток возбуждения, они тоже работают лишь при электроторможении — РТВ1, РТВ2, они вверху. А справа 1/3 занимает схема вспомогательных цепей (вентиляторов охлаждения, компрессора, маслонасоса, печей отопления кабины) — там есть своё реле 113, залито зелёным. Вот оно на ВЛ60К:
РП 113 срабатывает при появлении тока, опасного для питающей машины обмотки собственных нужд главного трансформатора. Например, зачастую оно срабатывает при попытке одновременного пуска двух и более машин — пусковые токи огромны, запускать вентиляторы надо строго поочерёдно, как иногда говорят машинисты — «играть на пианино». А для защиты отдельно каждого двигателя от небольших перегрузок, неопасных для трансформатора, но опасных для двигателя, установлены тепловые реле, о них позже.
А вот — нестареющий царь пассажирского движения на постоянном токе, ЧС7, для удобства тоже показана лишь одна секция:
Своё реле перегрузки есть в цепи каждой пары двигателей (на электровозах на 3000 В коллекторные тяговые двигатели работают попарно — помните статью «ТЭД-5»?), плюс это пассажирский электровоз, у него есть аппараты подачи на вагоны напряжения 3000 В — проще говоря, цепи отопления поезда. Своё реле перегрузки есть и там.
Об энергоснабжении пассажирских поездов рассказано здесь:
Если на ВЛах на реле стоят флажки, то на ЧСах обратные (нормально замкнутые) контакты реле перегрузки отключают БВ, а прямые (нормально разомкнутые) вызывают срабатывание сигнальных реле, на ЧС7 собранных на табло 802, на ЧС4, ЧС4Т, ЧС8 — в блоке 850. Вот шкаф в тамбуре ЧС7, а на врезке показано сработавшее (прорези покраснели) реле блока 850:
Сигнальное реле, подписанное как «025, 026», как раз и говорит о срабатывании реле перегрузки ТЭД — 025, 026. 700 — реле перегрузки отопления, 015 и 201 — знакомые нам по статье «ТЭД-18» дифференциальные реле силовой и вспомогательной цепей, а 067 и 068 — реле боксования. Перейдём к ним, но сперва глянем обещанную схему великана ТЭМ7:
Катушка реле максимального тока (РМТ) включена в силовую цепь не напрямую — ток замеряется косвенно при помощи трансформаторов постоянного тока (ТПТ), их выходной ток выпрямляется диодными мостами БВ2, БВ3 и подаётся к РМТ и реле перехода РП1, РП2 (сиреневая линия).
РП управляют автоматическим включением ослабления возбуждения. Об ослаблении возбуждения — в статье «ТЭД-6», а о работе магнитных аппаратов наподобие ТПТ на постоянном токе — в 16-й статье.
А теперь — реле боксования.
Реле боксования и обрыва полюсов
На железной дороге исторически сложилось так, что буксование ведущих колёсных пар называется боксованием, причём только колёсных пар — к ременным передачам, например, он не относится. Это термин ещё паровозных времён — движение дышел паровоза при боксовании похоже на боксёрские удары.
Причём этот термин есть даже в довольно свежем ГОСТ 34056-2017, в пункте 3.2.94, хотя в документации на некоторые локомотивы и встречается «сухопутный» термин «буксование». Впрочем, сейчас со стандартами и документацией беда...
Чтобы понять, как работает реле боксования (РБ) — нужно вспомнить, что такое противоЭДС двигателя и почему с ростом оборотов ток двигателя падает. Это рассказано в статье «ТЭД-3». Раз мы прервались на ЧС7 — им и продолжим:
Якоря тяговых двигателей 050₁ и 051₁ (красные) включены последовательно, параллельно им — пара резисторов 069₁ (синие), а между их средними точками включено реле боксования 067₁ (зелёное). Они образуют так называемую схему моста (знакомый по статье «ТЭД-24» термин). Сопротивление половин резистора 0691 одинаково — поэтому и падения напряжения на них одинаковы. На якорях, если двигатели вращаются с одинаковыми оборотами, падения напряжения тоже одинаковы, потому что одинаковы противоЭДС.
В итоге на средних точках, куда подключено РБ 067₁, напряжения одинаковы — ровно половина напряжения, подведённого к паре двигателей. А вот если один из двигателей начнёт боксовать — его противоЭДС вырастет, падение напряжения на нём тоже вырастет, а на соседнем двигателе напряжение упадёт, так как упадёт ток. В итоге между соседними точками появится разность напряжений и через катушку реле потечёт ток.
У этого РБ два якоря:
Пружина первого послабее — якорь притягивается при напряжении 100 ... 150 В, в кабине гудит зуммер — сигнал боксования. У второго якоря пружина жёстче, он притягивается при разности напряжений 800 ... 900 вольт, отключает БВ и «стряхивает» блинкерное реле на табло 802, потому что такой небаланс — глубокое разносное боксование либо же обрыв цепи якоря (например, отгорание кабели, идущего к двигателю).
Блинкерные реле, кстати, восстанавливаются кнопкой 836 возле блока (её видно на фото справа, влезла часть надписи — «блин...»), до восстановления включить БВ нельзя.
На локомотивах с параллельным соединением двигателей — например, на 2ТЭ10Л — реле боксования работает похожим образом. Только там за средние точки приняты точки между обмотками возбуждения и якорями. Двигателей 6, на каждую пару стоит своё РБ, поэтому всего их 3:
П1 ... П6 вверху — поездные контакторы. ПР, переключающие полярность обмоток возбуждения (К-КК внизу, синие) — переключатель реверсивный или просто реверсор. РБ1, залитое сиреневым, включено между обмотками возбуждения и якорями двигателей 1 и 3. РБ2 (зелёное) — между средними двигателями тележек, то есть 2 и 5.
РБ3 (рыжее) «пасёт» крайние двигатели задней тележки — 4 и 6. На многочисленные блок-контакты поездных контакторов, вьющиеся вокруг РБ, внимания не обращайте — при отключении двигателя они подключают РБ к исправному, чтобы потерявший «пару» двигатель не остался без контроля боксования.
При боксовании противоЭДС якоря растёт и падение напряжения на якоре тоже, ток двигателя падает, а с ним падает и падение напряжения на обмотке возбуждения — как я говорю, напряжение «переползает» на якорь. РБ срабатывает.
Так как падение напряжения на обмотке возбуждения и подводящих кабелях мизерное (единицы, максимум десятки вольт), то и уста́вка (порог срабатывания) РБ мизерна. Например, на пассажирском тепловозе ТЭП60, где такая же силовая схема, как у 2ТЭ10Л — всего 2,6 вольта.
При срабатывании РБ кратковременно выключается контактор возбуждения (КВ) главного генератора, но так как индуктивность обмотки возбуждения и масса магнитной стали генератора огромны — ток на выходе генератора спадает не резко, а плавно. После прекращения боксования РБ отключается, КВ включается и ток плавно нарастает обратно. Таким образом, РБ и КВ при боксовании могут работать «звонком» (импульсно).
Кстати, по схеме можно сразу понять, что это именно 2ТЭ10Л, а не 2ТЭ10В или более поздние «машка» или «ушка». Обратите внимание на контакты ПР, как среверсированы двигатели:
В первой тележке два двигателя едут «туда», третий — «сюда». Во второй тележке тоже двигатель 4 едет «туда», двигатели 5 и 6 — «сюда».
В старой челюстной тележке, что стоит на 2ТЭ10Л, ТЭМ2, М62, двигатели стоят смешанно — третий стоит «спина к спине» к другим, потому и вращается в другую сторону. А в бесчелюстной тележке 2ТЭ10В, 2ТЭ116, 2М62У, двигатели установлены «гуськом» — все в одну сторону. О тележках — в 23-й статье:
Бывает, что при ремонте неправильно собирают силовую схему, один двигатель (или пара двигателей на электровозе постоянного тока) «едет» не туда. Локомотив не просто значительно теряет тягу, но может и потерять двигатель — ТЭД, работающий в режиме контртока, выходит из строя довольно быстро. Поэтому после ремонта, затронувшего силовые кабели, обязательно нужно проверить тягу каждого двигателя в отдельности. Хотя умудряются порой выдавать и так, а машинист даже проводит на нём поезд...
Вернёмся к реле боксования. Точно так же, как на 2ТЭ10Л, включены РБ, к примеру, на ВЛ60, ВЛ80 и ВЛ85:
Вот реле боксования ВЛ60К:
Обратите внимание на толщину проводов — они просто в толстой изоляции, так как она должна держать киловольты, а сечение жилы небольшое.
А на ЭП1 уже РБ нет — микропроцессорная система управления и диагностики сравнивает напряжения двигателей и выдаёт сигнал боксования.
На электровозах постоянного тока ВЛ10, ВЛ11 и на двухсистемном ВЛ82М стоит электронный датчик боксования ДБ-018:
Он умеет распознавать боксование не только по разности напряжений, но и по скорости её нарастания, что увеличивает быстродействие. Он срабатывает при разности напряжений 90 вольт, но при скорости нарастания более 100 вольт в секунду сработает уже при 30 В. Единственный контактный аппарат — выходное реле Р.
Попарная схема включения РБ имеет недостаток: при одновременном боксовании обоих двигателей в паре РБ не сработает. А такое иногда случается — в частности, к медленному затягиванию в боксование всех или почти всех колёсных пар склонен тот же ВЛ85 — из-за конструкции ходовой части, максимально выравнивающей нагрузки между колёсными парами.
Однако при параллельном соединении двигателей можно заставить всего одно реле «пасти́» все двигатели. Такая схема была изобретена для 2ТЭ116, а потом перекочевала на 2ТЭ10М, 2ТЭ10У, ТЭМ7, ТЭП70... Вот для примера схема ТЭП70, главный генератор с выпрямительной «в кадр» не взяты, но они точно как на ТЭМ7, что мы смотрели выше.
Напряжения средних точек двигателей стекаются в блок диодов, на ТЭП70 он непонятно обозначен ББ, на грузовых тепловозах более понятно — БДС, блок диодов сравнения, а ББ там назван блок с реле боксования.
Если какой-то двигатель начинает «плясать», то напряжение в его средней точке падает (якорь начинает «съедать» больше напряжения, «низу» достаётся меньше), более высокими напряжениями остальных двигателей отпираются «правые» диоды, ток проходит через катушку реле боксования и через «левый» диод уходит в среднюю точку боксующего двигателя.
Благодаря тому, что диоды сами выстраивают нужную комбинацию, такая схема позволяет выявлять боксование до 5 колёсных пар. Случай крайне редкий, но может... А чтобы РБ ложно не срабатывало при отключении двигателей — в цепи от каждого двигателя стоит блок-контакт поездного контактора (КП).
У 2ТЭ116 или 2ТЭ10М от БДС работают сразу три реле боксования (РБ1, РБ2, РБ3), а также реле обрыва полюсов (РОП):
РБ1 срабатывает при незначительном боксовании, включает сигнализацию и сбавляет мощность. РБ2 включается при сильном боксовании и сбрасывает нагрузку (выключает возбуждение генератора). РБ3 вводится в действие при работе на ослабленном возбуждении, когда падение напряжения на обмотках возбуждения меньше и требуется бóльшая чувствительность — замыкаются контакты реле РУ16, подводя напряжение к РБ3.
РОП срабатывает при напряжении значительно большем, чем все РБ — когда, например, отгорел кабель к обмотке возбуждения или сгорел палец на реверсоре. В этом случае ток через двигатель течь прекращает (он ведь последовательного возбуждения), противоЭДС и падение напряжения на якоре падают до нуля и через БДС на защитные реле «прилетает» полное напряжение генератора.
При работе на полном возбуждении это не опасно — двигатель просто откажет, а вот при работе на ослабленном при обрыве цепи обмотки возбуждения ток продолжить течь в обход — через сопротивления (шунты). А противоЭДС-то у двигателя пропадёт, так как возбуждения нет! В итоге главный генератор окажется замкнут накоротко через якорь и шунты. РОП защищает машину заблаговременно, снимая нагрузку.
Вот такие неожиданные функции бывают у защиты от боксования.
Реле пробоя вентилей
В цикле «ТЭД» уже много говорилось о разного рода дифференциальных защитах: в 18-й статье — о выключателе дифференциального тока, он же УЗО, и дифференциальных реле, в 19-й — о защите авиационных генераторов при помощи пары БТТ, блоков трансформаторов тока.
В схеме наших тепловозов с неуправляемой выпрямительной установкой (ВУ) тоже есть дифференциальное реле, оставшееся незамеченным в начале статьи — РПВ. Вот оно, слева, меж звёзд генератора:
Говоря языком электротехники, оно сравнивает напряжения нулевой последовательности работающих параллельно звёзд. Пока все диоды выпрямительной целы — нагрузки всех фаз симметричны, напряжения в средних точках звёзд равны нулю.
Если одно из плеч ВУ пробивается — подключённая к нему фаза начинает «брать на себя», симметрия нарушается и через РПВ начинает течь ток. Тепловоз сбрасывает нагрузку — снимается возбуждение генератора. На 2ТЭ116 оно тоже есть, но называется РМ2 — реле максимальное:
Звёзды генератора здесь разрисованы не в виде звёзд, а в виде «гребёнок», но тем веселее — тренируем гибкость мышления и понимание того, что от перемещения элементов принципиальной схемы по листу результат не меняется. А РМ1 на «фантомасе» названо реле максимального тока выпрямительной, которое на ТЭМ7 зовётся РМТ.
На сегодня всё. Сегодня вы узнали, какие аппараты скрываются за лампами «Реле боксования», «РП» (реле перегрузки), «Обрыв поля ТЭД» или «РОП», от срабатывания чего порой выключается ГВ или сбрасывается нагрузка.
Во второй части статьи рассмотрим схемы многочисленных реле контроля пробоя изоляции — РЗ, РКЗ и так далее, тепловые реле и другие, какие вспомню. И какие напомните вы, так что жду предложений — посмотрим — лягут они в рамки статьи по защитам или же расскажу отдельно.
Но сперва выйдет вторая часть статьи о Як-42 — там будут и монинский борт, и смышляевский, и кабина, и «машинное отделение».
И это только статьи, ещё готовится краткое видео по двигателю Д-36 и подробное о реверсе воздушных винтов!
Статьи цикла «ТЭД» публикуются в ВК-группе «Профессия Машинист»: