Тема: Изучение средств защиты линий и устройств СЦБ

Цель: закрепить теоретические сведения о принципах защиты устройств автоматики и телемеханики от опасных напряжений и токов.

Оборудование: набор разрядников, выравнивателей, предохранителей.

Задание:

1. Ознакомиться с конструкцией разрядников и выравнивателей.

2. Объяснить применение предложенных приборов защиты.

3. Начертить схемы защиты, указать, где они применяются.

Краткие теоретические сведения:

На сети железных дорог распространены низковольтные разрядники типов РВН-0,5 и РВНШ-250, состоящие из одного искрового промежутка и вентильного диска. Разрядники РВН-0,5 защищают устройства СЦБ, включен­ные в силовые цепи напряжением 380/220 В переменного тока, а разрядники типа РВНШ-250 — низковольтные силовые цепи напряжением 220/110 В и линейные сигнальные цепи. В порядке исключения разрядники типа РВНШ-250 применялись для защиты рельсовых цепей от атмосферных (при автономной тяге) и коммутационных (при электротяге) перенапряжений, возникающих в них при коротком замыкании контактных сетей электрических железных дорог.

Линейные сигнальные цепи защищают, главным образом, трехэлектродным газонаполненным разрядником типа Р-35 и трехэлектродным керамическим разрядником типа Р-97, установленными на трехэлектродных фарфоровых держателях взамен двухэлектродных газонаполненных разрядников типа Р-350 и искровых разрядников типов ИР-0,2, ИР-0,3, производство которых прекращено.

Трехэлектродный газонаполненный разрядник типа Р -35 состоит из стеклянного баллона, заполненного инертным газом. Внутри баллона находятся три электрода: два крайних и один средний. Разрядник размещен на фарфоровом держателе.

Трехэлектродный керамический разрядник типа Р-97 содержит два искровых промежутка, каждый из которых состоит из плоского полого цилиндра с металлическими торцовыми поверхностями. Боковая поверхность таблетки выполнена из огнестойкого керамического материала в виде кольца. Внутренняя область таблетки под определенным давлением заполнена смесью инертных газов. В ней расположены два электрода. Эти электроды приварены к внутренним торцовым поверхностям металлических дисков. Внешние торцовые поверхности дисков служат электродами искрового промежутка. Средние торцовые металлические поверхности каждой из двух таблеток искровых промежутков электрически соединены между собой сваркой. Между ними расположен средний вывод (электрод) разрядника цилиндрической формы. Крайними электродами разрядника являются ножевые выводы, приваренные к двум другим торцовым поверхностям таблеток. Средний электрод предназначен для заземления разрядника, а два крайних (ножевых) — для включения его в двухпроводную электрическую цепь.

В отличие от разрядни­ка выравниватель не имеет искрового промежутка. Его основным элементом является вентильный диск, сопротивление которого резко изменяется в зависи­мости от приложенного напряжения: уменьшается с увеличением напряжения и возрастает при его снижении. Выравниватели, как и разрядники, могут пропус­кать импульсы тока в обоих направлениях. Время их срабатывания (пробоя) измеряется микросекундами, т.е. они срабатывают в 1000 раз быстрее разряд­ников. Это время соизмеримо с временем срабатывания полупроводникового прибора. Поэтому выравниватели применяют, главным образом, в качестве до­полнительного каскада защиты полупроводникового прибора от поперечных перенапряжений «провод — провод». Эти средства защиты включают, как пра­вило, параллельно полупроводниковому прибору. Иногда их используют в ка­честве разрядников и включают между проводом и землей. Выравниватели яв­ляются защитными приборами многократного действия. Они имеют высокую механическую прочность, обеспечивающую стабильность электрических пара­метров при вибрациях, вызываемых движением поездов. Выравниватели про­сты по конструкции и не требуют особого ухода. Выравниватели типа ВОЦШ (В — выравниватель, ОЦ — оксидно-цинковый, Ш — штепсельного типа) марки­руют с указанием номинального напряжения защищаемой цепи (110, 220 и 380 В) и классификационного напряжения варистора, используемого в данном вы­равнивателе (например, ВОЦШ-220/560, где 220 В — номинальное напряжение выравнивателя, а 560 В — классификационное напряжение находящегося в нем варистора).

На сети железных дорог используют оксидно-цинковые и керамические выравниватели.

Оксидно-цинковый выравниватель типа ВОЦШ-110 состоит из вентильного диска, устанавливаемого на стандартной двухштырной колодке СЦБ.

Перед установкой оксидно-цинкового выравнивателя следует измерить классификационное напряжение U_к находящегося в нем варистора и ток утечки при нормированном напряжении промышленной частоты. Классифика­ционное напряжение необходимо измерять при нормальных климатических ус­ловиях по схеме (рисунок 1). При этом следует учитывать, что включение вольт­метра PV непосредственно в зажимы выравнивателя может дать ошибочный ре­зультат измерения тока утечки, так как в этом случае миллиамперметр РА будет фиксировать сумму токов, протекающих через выравниватель и вольтметр, со­противления которых почти равноценны. Вольтметр должен быть присоединен к выходным зажимам стабилизированного источника напряжения постоянного тока. Напряжение U_кследует измерять при кратковременном пропускании че­рез выравниватель постоянного тока, равного 1 мА, в течение не более 3с с ин­тервалами между включениями не менее 5 с. Ток утечки у выравнивателя изме­ряют по схеме с источником переменного тока при нормальных климатических условиях. Для измерения тока утечки выравнивателя типа ВОЦШ-110 напряжение

Рисунок 1 – Схема измерения классифика­ционного напряжения

Токи утечки выравнивателей типов ВОЦШ-220 и ВОЦШ-380 следует изме­рять при напряжении переменного тока 220 В. С течением времени ток утечки выравнивателя увеличивается и может достигнуть таких значений, при которых произойдет пробой выравнивателя. Чтобы избежать этого, ежегодно до грозового сезона следует контролировать токи утечки выравнивателя. Перед измерением варистор следует вынуть из корпуса выравнивателя и тщательно осмотреть его торцовые и боковые поверхности. Точки на обеих торцовых по­верхностях варистора свидетельствуют о его сквозном прожоге, который обыч­но сопровождается резким увеличением тока утечки. При некоторых видах прожога ток утечки не увеличивается. Поэтому независимо от результатов из­мерения варисторы со следами сквозного прожога должны быть заменены новы­ми. Замене подлежат также варисторы со сколами или трещинами боковой по­верхности.

Необходимо заметить, что при сквозном прожоге через варистор будет протекать ток под действием рабочего напряжения защищаемой цепи, который может вызвать его разогрев до температуры 200° С и возгорание монтажа за­щищаемого полупроводникового прибора. В некоторых электрических цепях для исключения короткого замыкания выравниватели типа ВОЦШ включают через предохранители различного номинала.

Керамические выравниватели типа ВК-10 применяют на участках с автономной тягой для грозозащиты путевых приборов импульсных рельсовых цепей постоянного тока и кодовых рельсовых цепей. Керамические выравнива­тели типа ВК-10 включают между нитями железнодорожной колеи. Керамические выравниватели типа ВК-20 имеют вентильный диск с более высоким, чем у выравнивателя типа ВК-10, сопротивлением и меньшим током утечки. Ими защищают рельсовые цепи. При напряже­нии переменного тока 10 и 20 В токи утечки керамических выравнивателей ти­пов ВК-10 и ВК-20 должны быть не более 35 и 9 мА соответственно. Керамиче­ские выравниватели типа ВК с ненормированными токами утечки подлежат за­мене. Керамические выравниватели включают параллельно защищаемому по­лупроводниковому прибору для ограничения поперечных перенапряжений.

Их используют на электрифицированных участках железных дорог пере­менного тока для защиты путевой аппаратуры рельсовых цепей от коммутаци­онных перенапряжений, возникающих при аварийных режимах работы тяговой сети и асимметрии тяговых токов рельсовых цепей. Отечественной промыш­ленностью выпускаются два типа защитных устройств: УЗТ-1 и УЗТ-2 соответ­ственно для защиты питающих и релейных концов рельсовых цепей.

В каждом УЗТ находится тиристорный блок, состоящий из двух тиристоров VS1, VS2, включенных встречно-параллельно, и двух оксидно-цинковых варисторов RU1 и RU2, установленных в цепи управления тиристо­рами.

Принцип действия УЗТ заключается в следующем. При отсутствии им­пульсов коммутационных перенапряжений тиристоры закрыты, и ток, проте­кающий через тиристорный блок, очень мал. Сопротивление УЗТ измеряется сотнями килоомов. При воздействии импульсов коммутационных перенапря­жений ток варисторов, включенных в цепи управления, увеличивается лавино­образно. Тиристор открывается мгновенно и его сопротивление снижается с со­тен килоом до нескольких ом. Защищаемые путевые приборы шунтируются, ограничиваются коммутационные перенапряжения устройствами УЗТ-1 и УЗТ-2 до значения, равного остающемуся напряжению выравнивателя, т.е. до 1200 и 400 В соответственно при максимальном токе 120 А. Напряжение срабатывания и токи утечки указанных тиристорных защитных устройств измеряют 1 раз в 3 года.

Тиристориые защитные устройства с ненормированными значениями на­пряжения срабатывания и тока утечки более 1 мА должны быть заменены но­выми.

Контрольные вопросы:

1. Укажите, почему в вентильных разрядниках рабочее сопротивление должно быть нелинейным.

2. Поясните, как классифицируются разрядники по типу конструкции и электриче­ским характеристикам.

3. Перечислите источники опасных напряжений и токов.

4. Определите, в каком случае должны быть заменены тиристорные защитные устройства.

5. Перечислите параметры, характеризующие выравниватели.

Содержание отчета:

1. Титульный лист в соответствии с СТП1.2 – 2005.

2. Номер, название и цель практической работы.

3. Задание.

4. Выполненная практическая работа в соответствии с заданием.

5. Ответы на контрольные вопросы.