Устройство защиты от перенапряжения

УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

Полупроводниковые устройства защиты выполняют в автономной системе электроснабжения вагонов две основные задачи:

а) предотвращают возможность вредного воздействия перенапряжений на потребителей;

б) исключают недопустимый разряд батареи.

Устройство первого назначения называют реле максимального напряжения (РМН), а второго – реле пониженного напряжения (РПН). Эти реле, обеспечивая контроль за напряжением в цепях потребителей, воздействуют на автономную систему электроснабжения по-разному. Основным источником перенапряжений в АСЭС вагонов является генератор, поэтому действие реле максимального напряжения направленно на отключение его цепей. Схема связи цепей генератора и защиты показана на рисунке 1.

Питание к обмотке возбуждения генератора подается через регулятор напряжения генератора и замкнутые контакты 1К, 2К исполнительного элемента реле максимального напряжения. Если управляющая часть (специального устройства) РМН фиксирует наличие перенапряжения, то исполнительный элемент срабатывает, и контакты 1К и 2К размыкаются, вводя в цепь возбуждения резистор R7. Спадающий ток i_B возбуждения в этом случае замыкается по буферному контуру, содержащему диод V5 и резистор R6. Генератор развозбуждается, и напряжение на его выводах +G, -G снижается. Величина сопротивления резистора R7 подбирается таким образом, чтобы выходное напряжение генератора оставалось ниже номинального значения даже при наибольшей частоте вращения.

 В вагонах с АСЭС типа ЭВ.10 ранее устанавливались два вида защиты:

а) реле максимального напряжения;

б) тиристорная защита.

РМН обеспечивает защиту от перенапряжений, связанных с отказами регулирующей аппаратуры и имеющих продолжительность в десятые доли секунды. Для защиты от более кратковременных перенапряжений служит тиристорная защита. Время включения исполнительного элемента этой защиты, тиристора, измеряется микросекундами (1-2 мкс). Соизмеримые с ними по времени перенапряжения имеют место, например, при обрыве цепи заряда вагонной батареи. Эти же перенапряжения отличаются наибольшими амплитудами (до 200 В), так как при этом не могут проявиться демпфирующие свойства батареи.

При срабатывании тиристорной защиты к выводам генератора подключалось низкоомное сопротивление (порядка 0,3 Ом). Нагрузка генератора резко увеличивалось и благодаря падению напряжения в его обмотках, амплитуда перенапряжений уменьшалась. Одновременно ТЗ подавала команду на отклонение потребителей и развозбуждение генератора. Напряжение срабатывания (уставка) ТЗ было заметно выше уставки РМН. Тем самым достигалась необходимая избирательность в их совместной работе. На последних модификациях схемы, которая показана на рис. 2. все виды защиты объединены в один блок, а тиристорная защита снята. Чтобы обеспечить нормальную работу генератора, установка РМН выбирается выше значения его выходного напряжения, поддерживаемого регулятором. В эксплуатации возможны случаи, когда при отказе РНГ и невысокой скорости движения выходное напряжение генератора увеличивается до уровня срабатывания РМН, но не превосходит его. Работа генератора с выходным напряжением, превышающим заданное, приводит к росту зарядного тока батареи и перегрузке самого генератора. Такой режим, не отключаемый защитой, опасен для источников питания.

Для устранения этого режима в схеме РМН типа 2450,052/04 производства Германии предложено ввести (см рис. ) дополнительную цепочку, состоящую из диода V3 и резистора R5. Эти элементы совместно с резистором R6 и обмоткой возбуждения ОВ создают дополнительную цепь, включенную параллельно резистора R2, R3, R4 и диоду V4 измерительной цепи РМН. Когда включен рабочий тиристор V1 РНГ, ток по дополнительной цепи не протекает, так как потенциал точки А оказывается выше точки В. В этом случае уставка РМН соответствует значению (порядка 144В), установленному приего начальной регулировке. Как только рабочий тиристор РНГ закрывается, по цепи диод V2 – резистор R1 – диод V3 – резисторы R5, R6 – ОВ начинает протекать ток, обеспечивающий дополнительное падение напряжения на резисторе R1 измерительной цепи РМН. В результате уставка РМН увеличивается до 150 – 151 В. Уменьшение уставки срабатывания РМН на короткое время (порядка 0,025 – 0,05 с) открытого состояния рабочего тиристора РНГ при нормальной работе не вызывает срабатывания защиты. В этом случае РМН может сработать только при напряжении, превышающем вторую ступень (151 В). Однако, если в процессе работы рабочий тиристор не закроется вовремя (аварийный режим), то РМН успеет сработать при напряжении (144 В) первой ступени. Таким образом исключается возможность длительной работы СЭС при напряжении, превышающем рабочее. Недопустимое снижение напряжения в цепях потребителей имеет место лишь при их питании от батареи, поэтому РПН, зофиксировав такое снижение, дает команду через промежуточное реле на отключение всех потребителей. Подключенными к батареи остаются лишь цепи аварийного освещения и устройства, контролирующие температуру буксовых узлов (СКНБ) и состояние изоляции (СЗК).

На вагонах германского производства еще продолжают эксплуатироваться РПН типов EAU 11/13 (на 110 В) и EAU 4/12 (на 52 В), выполненные на базе полупроводников. Для замены этих реле изготовителем разработана на базе операционного усилителя К2УТ531А новая схема (тип 2450.033). Принципиальная схема такого РПН показана на рис. 3. Выводы 1 и 11 соединяются с вагонной батареей GBи служит для контроля напряжения и подачи питания к цепям реле. Остальные выводы (2 – 14), соединенные с контактами исполнительного реле К1, используются для коммутации внешних цепей.   

Контроль изменений напряжения батареи обеспечивают два плеча измерительного моста. Нестабилизироваиное плечо моста состоит из резисторов R1, R4, R5, а стабилизированное - из резистора RЗ и стабилитрона VЗ, параллельно которому включен кон­денсатор С8. Одновременно стабилитрон VЗ вместе со стабилит­ронами V1, V2 и резистором R2 служит источником стабилизиро­ванного напряжения для питания цепей катушки исполнительного реле К1.