Оглавление цикла «ТЭД — труженик электродвигатель»
- РЗ — реле заземления
- РКЗ — реле контроля земли
- РЗ с отдельным питанием
- Тепловые реле
Сразу поясню странное название — «землемером» мы, сотрудники сервисного локомотивного депо N, в шутку называем мегомметр, с помощью которого проверяется сопротивление изоляции — то есть наличие замыкания на землю или просто «земля».
= = = = = = =
Огромный, высотой с двухэтажный дом, жёлтый БелАЗ почтительно остановился у переезда, пропуская тепловоз. Тот казался скромнее — невысокий, скрытного зелёного цвета, он даже дизелем стучал куда тише взревевшего сразу после прохода состава БелАЗа. Но тепловозу просто было некуда спешить — на пролегающем у карьера подъездном пути скорости далеко не космические, сейчас ограничение — всего 5 километров в час.
На пути лежала очередная лужа — набежало с гор, начало апреля на дворе. На сей раз это было целое море — головки рельсов едва просматривались в отстоявшейся, но всё же мутноватой воде. По-хорошему движение надо закрывать, но завод «Электрощит» работает и требует сырьё, так что как всегда на Руси — потихоньку, авось пронесёт...
ЧМЭ-три-Т — тепловоз надёжный, как и его двоюродные сёстры — красно-белая Татра Т-3 и ревучая плоскомордая Татра 815, людей подводить не любит. Хотя уже ни страны, их произведшей — Чехословакии, ни страны, их заказавшей — Союза...
120-тонный великан переваливался на битом-правленом пути с пугающими рывками, как игрушечный, но всё же полз вперёд, волоча за собой десяток вагонов. Там всё, что нужно заводу — листовая сталь, дерево для упаковки, ещё какие-то неведомые ящики, пара порожних платформ под погрузку.
Ажурные, с виду хрупкие распредустройства, что выпускает завод, подчас занимают столько места, что их не уместить на тех платформах, на которых привезли сырьё. И скатывать их с горы на станцию — одно удовольствие.
Но сейчас надо на гору Тип-Тяв забраться, хоть и далеко не на вершину. Путь огибает её, идёт по краю — хорошо, там хоть сухо, хоть изредка и бывают размывы. Вот как раз низина кончилась, кончились и лужи, пошёл подъём. Контроллер, уныло стоявший последние минуты три на первой позиции, пошёл по часовой — вторая, третья... Остановился на шестой. Установленная скорость здесь уже 15, разгоняемся. Седьмая. Восьмая. Теперь до переезда ничего делать не надо.
Однако у воды, в которой всё же немного искупались двигатели, были свои планы. Скорость росла, система возбуждения исправно добавляла напряжения и в итоге додобавлялась — на всю кабину ранней мухой зажужжал зуммер и амперметр упал на ноль. «Началось» — сдвинул брови машинист, молниеносно толкнув контроллер на ноль и прыгнув к аппаратной камере. Тут медлить нежелательно.
Выключатель реле заземления (ВРЗ) вниз, закрываем аппаратную камеру, снова набираемся — первая, вторая... Хватит пяти, пока больше нельзя, а потом и не надо будет. — обратно ехать вниз, потом ползти через те же лужи, а на станции, глядишь, двигатели подсохнут... Скорость падает. Вот накатываемся на очередную «кочку», затягиваемся до такой скорости, что скоростемер начинает спотыкаться. Взлететь на бугры за счёт скорости, которая в квадрате даёт кинетическую энергию, в этот раз не выйдет.
В этот раз всё обошлось. «Чмуха» потихоньку выползла на заводской путь и оставила вагоны, но назад не спешила. Машинист шумнул по телефону дежурному по станции, бригадиру пути — назад не поеду, иначе утоплю тепловоз, хоть лопатами стоки пробейте, у меня уже земля силовая. Обмелят лужу — тогда можно вернуться, и есть надежда, что просто из-за влаги где-то упала изоляция, ведь в целом двигатели живы.
В городе всё было куда хуже — старые коллекторные Татры досыта напились низко висящими двигателями рассола с зимними реагентами и забили все кольца, все конечные станции. «Аварийщики» устали разъезжать по городу и расталкивать по тем кольцам вагоны, у которых бил линейный — отключался по команде дифференциального реле линейный контактор, дающий питание на двигатели.
В мороз под тридцать, когда у электронных вагонов начисто «улетает кукушка» и замерзают двери, «старушки» выползают на маршрут в полном составе. Гремят, вяло шевелят стылыми дверями, еле раскрывая их на половину ширины, но всё же везут людей. Летом, в жару, Спектры тоже любят уходить в отказ — выдают перегрев тягового преобразователя и всё, суши вёсла, но старые T-3SU тоже неизменно на маршруте. Только вот перед половодьем коллекторные трамваи беззащитны... Тут уж выручают асинхронные Спектры с усть-катавцами.
И только высоколобые грузовики Татра — те, что дожили до этих лет — не боялись ни воды, ни жары, ни мороза. Ревели своими дизелями воздушного охлаждения на стройке на окраине Зеленограда, на пескоразгрузке в промзоне Самары и на кустовых площадках под Лангепáсом, чудны́е мосты с качающимися шестернями забирались в любую грязь. Ничего не боится эта ходовая часть — труба трубой, лишь за пыльниками следи... О ходовой части Татры 815 — в статье о мостах:
Но сейчас — всё же о локомотивах, о том, какие ещё бывают реле защиты кроме описанных в предыдущей статье — «ТЭД-26». Для начала — что такое реле заземления, как оно срабатывает и какие они бывают. А схем их включения — множество.
РЗ — реле заземления
Для начала — «сырая» силовая схема ЧМЭ3, РЗ указано синей стрелкой:
Всё, что красное — силовая цепь. Помимо РЗ узнаются сразу якорь главного генератора (кружок в центре, с буквой Г), якоря тяговых электродвигателей (кружки́ справа с цифрами 1 ... 6) и их обмотки возбуждения (зигзаги рядом с якорями).
Мешанина под двигателями — реверсор и цепи ослабления возбуждения. Вынесенная влево обмотка, стоящая возле якоря возбудителя — противокомпаундная, работа системы возбуждения ТЭМ2 и ЧМЭ3 подробно разобрана в статье «ТЭД-14»:
Сейчас же — о реле заземления, через выключатель (ВРЗ) подключённом к минусу силовой схемы. Вот схема, вычищенная от всего лишнего:
Всё равно выглядит немного пýтано, но так уж начерчена схема... Предположим, сильно упало сопротивление изоляции якоря двигателя номер 4 — попала вода или обмотку размотало, как описано во вступлении к статье «ТЭД-26». Тогда весь корпус тепловоза окажется под потенциалом этой точки силовой цепи, но пока это неопасно — силовая цепь изолирована от корпуса и пробой изоляции в одной точке не создаёт цепей для тока.
Но где возник один пробой изоляции — там может возникнуть и второй, в другой точке, тогда через корпус пойдёт ток короткого замыкания. Поэтому важно обнаружить первый же пробой. Этим и занимается РЗ. Так как оно подключено к минусу генератора — то оно под потенциалом минуса. А якорь 4-го двигателя — под потенциалом выше минусового, поскольку после него стоят ещё обмотки возбуждения 3, 4.
И если этот потенциал окажется на корпусе — то через корпус и катушку РЗ течёт ток на минус генератора (рыжая линия на схеме). РЗ срабатывает, включает зуммер и сигнальную лампу сопротивления изоляции (ЛСИ), отключает контактор возбуждения — обесточивает двигатели, чтобы пробой не развивался.
Дальше начинается поиск неисправности — поочерёдно выключаются «ОМики» — отключатели моторов, выключатели на аппаратной камере, каждый из которых предотвращает включение своего поездного контактора (КП1 ... КП3), то есть подключение одной из пар двигателей к плюсу генератора. Выключенная пара не будет работать и всё время будет под потенциалом минуса генератора — РЗ её «видеть» не будет. Тепловоз поедет дальше на четырёх двигателях.
Но если РЗ срабатывает ложно или пробой не опасен — то можно отключить РЗ выключателем ВРЗ. Однако это действие ответственное, поэтому ВРЗ пломбируется. Впрочем, пломба обычно растянута и выключению не мешает...
У такой схемы есть недостаток — практически не защищены обмотки возбуждения. Они ведь включены с минусовой стороны, а их сопротивление очень мало, почти всё напряжение падает на якорях — потому что в якорях при движении наводится противоЭДС. Плюс якорные обмотки вращаются и каждый виток обмотки попеременно подключается то к плюсовой, то к минусовой щётке.
То есть пробитый виток максимум за полоборота «поймает» достаточно высокий потенциал, чтобы РЗ сработало. А на обмотке возбуждения при её смешном сопротивлении (порядка 0,02 Ом) даже при серьёзном токе 800 А упадёт всего 16 вольт. Реле может просто не включиться от столь низкого напряжения. Иными словами, у него есть зона нечувствительности.
Чтобы лишить РЗ этого недостатка — нужно включить его со стороны якорей и добавить резистор, чтобы «подвинуть» реле к середине потенциала якоря. Так и сделано на 2ТЭ116, 2ТЭ10М и многих других советских тепловозах:
Как видим, РЗ (слева внизу, залито зелёным) подключено перед якорями плюс с помощью нескольких сопротивлений (СРЗ1 ... СРЗ3, подчёркнуты зелёным) «сдвинуто», чтобы при появлении тока потенциал на реле был несколько ниже относительно минуса, чем на плюсовой шине. Так защищены и обмотки возбуждения, и весь щёткодержатель каждого двигателя (и плюсовые щётки, и минусовые), и обмотка якоря.
То же самое, но куда проще, сделано на чешских электровозах переменного тока — ЧС4, ЧС4Т, ЧС8. Собственно, на гениальном локомотиве ЧС4 всё сделано просто как автомат Калашникова, на ЧС4Т и ЧС8 оно лишь приправлено электрическим тормозом да электроникой управления вспомогательными машинами... Вот фрагмент схемы ЧС4, с двумя двигателями из шести:
Каждая тележка (три тяговых двигателя) питается от своей вторичной обмотки трансформатора через свою выпрямительную установку, поэтому выпрямительных две — 020 и 022. Сиреневые линии от обмоток к выпрямительным — переменный ток, дальше ток постоянный. Как на ЧСах регулируется напряжение — разобрано в статье «ТЭД-13»:
Сейчас же важны цепи реле земли, обозначенные зелёным. Реле в количестве двух штук установлены в блоке защит 850 (пунктирная рамка вокруг реле), каждое реле подключено к шинам переменного тока через делитель напряжения — пару резисторов. Со средней точки делителя снимается среднее напряжение между плюсом и минусом.
А практически все элементы силовой цепи находятся либо под плюсовым потенциалом, либо под минусовым. Обмотки возбуждения, реверсоры, аппаратура ослабления возбуждения и держатели минусовых щёток якорей — под минусовым. Держатели плюсовых щёток — под плюсовым. Витки якорных обмоток, как уже было сказано, поочерёдно подключаются то к плюсу, то к минусу, под средним потенциалом они лишь в один момент — когда находятся точно посередине между щётками.
Диоды выпрямительных установок также находятся под крайними потенциалами, так как падение напряжения на диодах небольшое. Получается, пробой изоляции практически любого элемента силовой цепи вызовет появление на корпусе электровоза плюсового либо минусового потенциала, который попадёт на нижние выводы катушек реле земли, а на верхних выводах — средние потенциалы. Значит, через катушку реле, в зоне которого (в цепях первой или второй тележки) произошёл пробой, потечёт ток.
Эта защита на ЧСах ничего не выключает, просто загорается сигнальная лампа «Земля силовая» или, как вариант на фото, просто «Земля». Дальше уже — на усмотрение машиниста... Сбросить сигнал можно нажатием кнопки вверху блока 850. Лампа «Блок защит 850» сигнализирует о срабатывании других защит — по перегрузке, напряжению и так далее. О чём сигнализирует лампа «Т° масла трансформатора» — очевидно, а что за реле имени генерала Ивана Дмитриевича Бухгольца — об этом другой раз.
РКЗ — реле контроля земли
Ещё один вариант реле заземления применён во вспомогательных цепях отечественных электровозов переменного тока (от ВЛ60 до 4ЭС5К) и зовётся РКЗ — реле контроля земли. Вспомогательные цепи — цепи питания асинхронных двигателей привода вентиляторов охлаждения, компрессора, маслонасоса, печей отопления кабины и разных мелочей.
Сейчас я напугаю «земных» электриков — 3-фазные отключаются 2-полюсными контакторами, оставаясь под напряжением третьей фазы:
Но двигатели стоят в закрытой высоковольтной камере, имеющей многократную защиту от проникновения при поднятом токоприёмнике, поэтому такое упрощение (2-полюсные контакторы вместо 3-полюсных) не опасно. Сейчас нас интересует реле 123, обозначенное синим в углу.
Плюс схемы с переменным током в том, что у неё нет плюса — ток переменный, плюс с минусом постоянно меняются местами, можно с помощью диодов (157 и 158) задать реле нужный режим работы и исключить зоны нечувствительности, как в той же схеме ЧМЭ3.
Пока пробоя на корпус во вспомцепях нет — фазы В и С (зелёная и красная) пытаются бодаться, но встречно включённые между фазами диоды им не дают это сделать. А вот если пробило на корпус изоляцию фазы А (жёлтой) или В — то положительные полупериоды фазы С с большим аппетитом устремляются через диод 158, резистор и катушку реле на корпус — навстречу пробитой фазе.
Реле включается и зажигает лампу — на электровозах постарше вроде ВЛ80К это общая лампа «РЗ» (для силовой и вспомогательной цепей), на ВЛ80С и машинах поновее стоит отдельная лампа «РКЗ»:
То же будет при пробое фазы А или С — положительные полуволны фазы В потекут через диод 157, резистор R51 и катушку реле 123, замыкаясь на пробитую фазу. Резистор не даёт току подняться до опасного и повредить диоды и реле.
На «Ермаке» (Э5К/2-3-4ЭС5К) РКЗ уже носит схемный номер не 123, а KV4, но выглядит и работает так же:
R40 — резистор R51 в новом обличье (хотя какое оно новое, тот же тёплый проволочный ПЭВР), U27 — плата с диодами. А KV5, R39 и U28 — то же самое, только для контроля цепи возбуждения электрического (рекуперативного) тормоза. Как устроена цепь возбуждения — рассказано в статье «ТЭД-21»:
А как работает рекуперативный тормоз на наших электровозах переменного тока — в следующей «ТЭД-22»:
KV1, T9 и ещё две платы с диодами тоже не уйдут незамеченными — это аппаратура контроля сопротивления изоляции силовой цепи, о ней — во второй части:
Ссылки на статьи публикуются в ВК-группе «Профессия Машинист»:
Оглавление цикла «ТЭД — труженик электродвигатель»