Дугогашение электрической цепи

Для разрыва электрической цепи производят разъедение контактных элементов аппаратов под нагрузкой. При этом происходит резкое увеличение переходного сопротивления. У контактных поверхностей происходит местный нагрев, вызывающий повышение температуры находящихся вблизи частичек воздуха. Они ионизируются, т.е. приобретают электрические заряды, а на контактных поверхностях создаётся катодное пятно, также выделяющее электрические заряды. Эти заряды поддерживают ионизацию воздуха и создаётся протекание электрического тока через воздушный промежуток , т.е. возникает электрическая дуга. Электрическая дуга, в цепи высокого напряжения, обладает высокой мощностью. Электрическая дуга имеет температуру несколько тысяч градусов ( 10000 ºС ), а на поверхностях контактов и около их 2000- 3000ºС, поэтому её длительное горение опасно, так как может вызвать расплавление контактов и тепловое разрушение аппарата. Это гашение надо обеспечить в сотые доли секунды.

Сама дуга представляет собой в данный момент проводник с током, который взаимодействует с магнитным потоком и при этом возникшие электромагнитные силы стремятся вытолкнуть дугу из магнитного потока.

Направление магнитного потока выбирается таким образом, чтобы выталкивание дуги происходило в нужную сторону от аппарата. Гашение дуги постоянного тока обеспечивается соответствующей мощностью магнитного потока и достигается это за счёт дугогасительной системы. Эта система состоит из дугогасительной катушки с сердечником и дугогасительной камеры с полюсами. Дуга выдуваемая электромагнитным способом в специальную камеру, которая называется дугогасительной камерой.

Такая система, основанная на взаимодействии магнитного потока и тока электрической дуги, перемещает электрическую дугу в камеру, где она растягивается, охлаждается и гаснет. Наиболее простой способ дугогашения основан на использовании собственного магнитного поля дуги и поля вокруг токоведущих частей, соединённых с контактами по правилу левой руки. Последовательно с контактами включена дугогасительная катушка со стальным сердечником. К сердечнику примыкают полюсы из листовой стали (щёчки ), между которыми в зоне горения дуги создается магнитное поле, которое растягивает дугу в нужном направлении. Полюсы изолированы от дуги стенками дугогасительной камеры, которые изготовлены из изоляционного материала ( асбест). Полюсы расположены с внешней стороны боковин камеры и с дугой не соприкасаются. При этом дуга направляется стенками дугогасительной камеры, которые ограничивают зону ионизации воздуха и охлаждают дугу.

Токоприемник П-5М.

Токоприёмник (пантограф) является аппаратом, который обеспечивает надёжное соединение электрических машин и аппаратов силового оборудования электровоза с контактным проводом при помощи скользящего контакта, во время движения и стоянок.

Токоприёмник работает в диапазоне наибольшей скорости 120 км / час, при номинальном напряжении постоянного тока 3000 В контактной сети и продолжительно допустимом токе от 300 А (при стоянке) до 2200 А (при движении), имеет массу 269 кг.

В случае отрыва токоприёмника от контактного провода между ними возникает электрическая дуга, которая портит контактные поверхности и ухудшает токосъём.

На каждом электровозе устанавливаются по два токоприёмника, которые могут одновременно находиться в рабочем положении. Как правило работает один токоприёмник, находящийся сзади по ходу движения, другой является резервным. Такой принцип принят потому, что при повреждении поднятого переднего токоприёмника, возможно повреждение и сзади находящегося токоприёмника. Одновременно оба токоприёмника поднимаются машинистом при сильном гололёде, стоянки с поездом и при движении с тяжеловесными поездами. Детали рам токоприёмника и крепление полоза делают менее прочными, чем другие части токоприёмника. Это делается для того, чтобы в случае удара или поломки токоприёмника не повредить контактную сеть, восстановление которой приводит к большому перерыву в движении поездов, значительному расходу цветных металлов и дороговизны ремонта контактной сети.

Токоприёмники устанавливаются на крыше, над кабинами управлений электровоза. Они крепятся на четырех пластмассовых изоляторах, которые расположены на специальных тумбочках. Тумбочки прикреплены к крыше электровоза.

Токоприёмник состоит из основания, нижних и верхних рам, полозов, кареток, подъёмных пружин, пневматического привода с опускающими пружинами, редукционного устройства и дросселя радиопомех.

Основание токоприёмника сварено из швеллерной стали и уголков. На верхней части основания установлены два амортизатора. Во внутренней части рамы расположены: цилиндр пневматического привода с тягами синхронизации, редукционное устройство, дроссель радиопомех и две подъёмные пружины. Подъёмные пружины, которые регулируются, создают диапазон рабочей высоты токоприёмника от 400 – 1900 мм и при этом создают давление на контактный провод в пределах 10 – 15 кг, при наибольшей скорости движения. Боковые части основания соединены между собой поворотными валами. Валы служат стяжкой, увеличивающие жесткость основания. Вал состоит из стержня, на котором насажены два шариковых подшипника; стальной трубы, вращающей на подшипниках, к которой приварены конические кронштейны для крепления нижней рамы ; двух упорных колец со смазочным устройством, двух специальных гаек с контргайками, которыми стержни крепятся к раме и двух держателей нижней рамы с проушинами, напрессованных на трубчатый вал.

На валах крепится нижняя рама с четырьмя съёмными конусными трубами. Конусные трубы изготовлены из листовой стали, а конус является усилителем жёсткости. На концах этих труб установлены шарниры, для крепления верхней подвижной рамы. Валы между собой соединены тягами, которые обеспечивают синхронность поворота. В шарнирах крепится верхняя подвижная рама. Она изготовлена из тонкостенных труб в виде буквы N и скреплены в верхней части валиками и каретками. На каретках крепятся два токосъёмных полоза. Все подвижные соединения имеют гибкие шунты, для уменьшения износа и выхода из строя подшипников и шарниров при прохождении электрического тока принимаемого с контактной сети.

Пневматический привод соединён трубопроводом с клапаном токоприёмника. В полости пневматического привода расположены три опускающие пружины имеющие жёсткость больше, чем опускающие пружины, и поршень со штоком. Пружины расположены на штоке и имеют место направляющих на торцевых крышках цилиндров. Шток соединён через рычаг с тягами синхронизации вал. Для нормальной работы пневматического привода в его полость подаётся воздух при давлении от 3,8 – 6,0 атм.

Редукционный клапан предназначен для регулировки наполнения сжатым воздухом цилиндра при подъёме или опускании токоприёмника, т.е. при подъёме рамы быстро перемещаются вверх и плавно прикасаются к контактному проводу, а при опускании резко отрываются от контактного провода и плавно садятся на амортизаторы нижней рамы. Работа клапана регулируется специальным винтом воздухораспределителя на время подъёма токоприёмника в пределах 7 – 10 сек., а время опускания токоприёмника – изменением длины тяги, между краном и рычагом, регулировочными винтами, изменяющие положение ручки крана от угла поворота рычага на время, в пределах 3,5 – 6,0 сек.

Подъём и опускание токоприёмника регулируется редукционным устройством состоящее из воздухораспределителя и крана. Ручка крана связана с главным рычагом штока пневматического привода тягой. Изменяя длину тяги или угол поворота валика и тяги, с помощью болтов на главном рычаге можно, регулировать скорость опускания и подъёма токоприёмника. Скорость подъёма регулируется специальным винтом на воздухораспределителе редукционного устройства.

Редукционное устройство работает следующим образом. Когда токоприёмник опущен, кран перекрывает трубы, по которым может проходить сжатый воздух, минуя воздухораспределитель. При подъёме токоприёмника воздух медленно проходит в цилиндр токоприёмника, т.к. он попадает через регулировочное отверстие воздухораспределителя и токоприёмник медленно поднимается. Главный рычаг при движении перемещает ручку крана, которой открывается после касания полоза токоприёмника к контактному проводу. При опускании токоприёмника воздух из цилиндра выходит через кран и происходит быстрое опускание токоприёмника до минимальной рабочей высоты, в этом случае кран перекрывается и воздух проходит через регулировочное отверстие, а токоприёмник плавно опускается на амортизаторы.

Кареткипредставляет собой стальную конструкцию клеще образного вида, несущую два полоза и допускающую свободу и перемещения независимо друг от друга. Она состоит из двух изогнутых трубок с башмаками, для крепления полоза, и соединённых в стальном корпусе через валик, и одного комплекта пружин. Каретки с полозами удерживаются в горизонтальном положении четырьмя оттяжными пружинами, которые дают возможность небольшого поворота всего верхнего узла вокруг поперечной оси токоприёмника. Ход каретки 50 мм.

Каждый полоз может самостоятельно поворачиваться на угол 5 – 7 градусов относительно её продольной оси.

Полоз выполнен из штампованной оцинкованной листовой стали толщиной 1,5 мм и имеет длину 2260 мм. Концы его имеют вид рогов, загнутых вниз под углом 135 градусов, что уменьшает возможность попадания контактного провода под полоз от действия сильного ветра или на разветвлениях контактной сети. На верхнюю поверхность, через медную фольгу, крепятся в три ряда контактные угольные вставки, в количестве 11 штук ( 4 = 3 = 4 ), специальными прихватами и надёжно закреплёны болтами, концы вставок закреплены медными шинами. Крепление сделано винтами с потайными головками в медных пластинах.

Вставка изготовлена прессовкой угольно-графитной смеси с клеем и имеет длину 250 мм, торцевые части имеют скосы под углом 45 градусов, для создания одной прямой поверхности без поперечных зазоров. На нижней поверхности имеются буртики, для крепления, а верхней – плавные скосы. Вставка имеет высоту 25 мм и ширину 25 мм. При износе вставки свыше 13 мм и наличии сколов по ширине более 15 мм и высоте 5 мм их заменяют, а незначительные сколы обтачиваются рашпилем.

Вставки способствуют наименьшему износу контактного провода и увеличивают срок его службы в несколько раз.

Они имеют недостаток в том, что контактное сопротивление их большое и это приводит к повышению возможности пережога контактного провода при коротких замыканиях в силовых цепях электровоза; особенно во время стоянки, при включённых машинах, т. к. происходит местный нагрев провода

Работа токоприёмника.

При подаче в полость привода цилиндра сжатого воздуха, поршень сжимает опускающие пружины, расположенные в полости цилиндра и через рычаг шток поршня передаёт усилие на поворотный вал и тяги, а подъёмные пружины, предварительно растянутые, сжимаясь, поднимают токоприёмник. Подъёмные пружины шарнирно связанные с нижней рамы поворачивают валы и обеспечивают подъём верхних рам совместно с каретками и полозами. Синхронизация поворота валов нижних рам обеспечивается тягами, которые шарнирно укреплены в ушках валов нижних рам.

Подъёмные пружины защищены от попадания снега стеклопластиковыми кожухами.

Контактное нажатие на контактный провод регулируют изменением натяжения подъёмных пружин, вращая их на держателях. При опущенном состоянии токоприёмника крайние подъёмные пружины растянуты под действием силы веса подвижных частей.

В рабочем диапазоне высоты подъёма полозов токоприёмника опускающие пружины, находящиеся в цилиндре привода, полностью сжаты, и нажатие полоза на контактный провод определяется только усилием подъемных пружин. После выпуска воздуха из полости цилиндра, опускающие пружины разжимаются и опускают токоприёмник.

При ремонте или техническом осмотре динамометром проверяют статическую характеристику нажатия на контактный провод от высоты подъёма и регулируют время работы на опускание и подъём токоприёмника редукционным устройством.

При разборке токоприёмника сначала ослабляют подъёмные пружины во избежание опасности удара при самопроизвольном подъёме.