Разъединитель QS (см. рис. 10) в силовой цепи предназначен для тех же целей, что и на электровозах постоянного тока, но его опорные изоляторы рассчитаны на напряжение контактной сети 25 кВ.
В силовой цепи после разъединителя установлен аппарат, осуществляющий, как и на электровозах постоянного тока, отключение силовой цепи от контактной сети при недопустимых перегрузках и коротких замыканиях. По устройству и действию этот аппарат, называемый главным выключателем (ГВ), отличается от быстродействующего выключателя электровозов постоянного тока. Отличия его определяются следующим. Вследствие значительного индуктивного сопротивления силовых цепей электровоза переменный ток при перегрузках и коротких замыканиях не возрастает так резко (рис. 49), как постоянный (см. рис. 29). Кроме того, переменный ток изменяется синусоидально и поэтому проходит через нулевые значения. Благодаря этому легче разорвать цепь тока и не требуется иметь такое высокое быстродействие выключателя, как при постоянном токе.
Рис.49. Кривая, характеризующая изменение переменного тока
при коротком замыкании в силовой тяговой цепи
В качестве главных выключателей чаще всего применяют воздушные, в которых для гашения дуги и в приводе используют сжатый воздух. Конструктивно воздушный выключатель выполнен совместно с разъединителем. Его силовая токоведущая цепь имеет две пары контактов: разрывные, принадлежащие главному выключателю, QF и контакты разъединителя QS (см. рис. 10).
Рис.50. Главный выключатель
Основой выключателя, установленного на отечественных электровозах, является корпус (рис. 50), который крепят к крыше электровоза. К корпусу с помощью патрубка прикреплен воздушный резервуар. В процессе отключения выключателя сжатый воздух из резервуара подается в дугогасительную камеру через патрубок и полость наклонного изолятора. Дугогасительная камера смонтирована в горизонтальном полом изоляторе, укрепленном на наклонном изоляторе. На верхней части корпуса смонтирован разъединитель, ножи которого укреплены на поворотном изоляторе. На корпусе закреплен кронштейн, на него заземляются ножи разъединителя в отключенном положении. Внутри корпуса смонтированы механизмы управления выключателем. ГВ является основным защитным аппаратом, поэтому он должен быть постоянно готов к отключению. Следовательно, до включения выключателя в его резервуаре должен быть сжатый воздух. Специальное реле давления не допускает включения выключателя (рис. 51) при недостаточном давлении в резервуаре и вызывает его отключение, если давление, снижаясь, достигает минимального значения.
При включенном выключателе ток от токоприемника через неподвижный и подвижной контакты выключателя, неподвижный контакт и ножи разъединителя, трансформатор тока ТТ пойдет к первичной обмотке тягового трансформатора Т. Вторичная обмотка ТТ соединена с удерживающей катушкой главного выключателя и реле максимального тока. В случае перегрузки или короткого замыкания ток в первичной и вторичной обмотках ТТ резко увеличивается. Реле максимального тока срабатывает, если ток, проходящий через ТТ, превышает допустимый. При этом разрывается цепь удерживающей катушки, включающий клапан (см. рис. 51) приводится в действие, что является начальной операцией отключения выключателя.
Цепь удерживающей катушки может быть разомкнута либо кнопкой Выключение ГВ, либо контактами реле той или иной защиты. Например, на восьмиосных электровозах эта цепь разрывается при срабатывании защиты от перегрузки тяговых двигателей, дифференциальной защиты, защиты выпрямительных установок, токовой защиты силовой и вспомогательных цепей и пр.
Для включения ГВ необходимо подать напряжение питания на удерживающую и включающую катушки. Включающий электромагнит воздействует на пусковой клапан. Когда этот клапан открывается, сжатый воздух поступает в дополнительную полость и перемещает в ней поршень в крайнее левое положение.
Рычаг, связанный с поршнем через шток, поворачивает вал разъединителя на определенный угол — до замыкания ножей разъединителя. В конце поворота вала переключаются блок-контакты контрольно-сигнального аппарата (см. рис. 51), один из которых размыкает цепь включающей катушки. Сердечник включающего электромагнита возвращается в исходное положение, пусковой клапан закрывается, сжатый воздух из дополнительной полости уходит в атмосферу, а поршень остается в крайнем левом положении.
При повороте вала в сторону, соответствующую включению главного выключателя, толкатель, перемещаясь влево, сжимает пружину, которая воздействует на якорь удерживающей катушки. Однако якорь электромагнитными силами удерживается притянутым. В том случае, когда по каким-либо причинам по удерживающей катушке не протекает ток, под действием пружины якорь перемещается влево, и начинается отключение выключателя.
Чтобы отключить выключатель, нужно привести в действие выключающий клапан. Для этого необходимо разорвать цепь удерживающей катушки либо подать питание на отключающую катушку. При таком воздействии рычаг ГВ поворачивается по часовой стрелке. Отключающий клапан открывается, сжатый воздух попадает в полость, где находится поршень, соединенный с главным пусковым клапаном (см. рис. 51). Этот поршень перемещается влево, открывая главный пусковой клапан. Сжатый воздух из резервуара поступает в дугогасительную камеру горизонтального изолятора и одновременно в дополнительную полость.
В дугогасительной камере под действием сжатого воздуха происходит перемещение находящегося в ней поршня вправо. При этом подвижной и неподвижный разрывные контакты размыкаются. Дуга, образовавшись в промежутке между ними, выдувается и гасится потоком сжатого воздуха, который затем через отверстия в головке дугогасительной камеры выходит в атмосферу.
Контакты разъединителя должны размыкаться позже при уже обесточенной силовой цепи электровоза, поскольку ножи разъединителя не рассчитаны на гашение электрической дуги. Для обеспечения необходимой выдержки и предусмотрена дополнительная полость, а также диафрагма с регулируемой площадью сечения. Через 0,3— 0,35 с после начала размыкания дугогасительных контактов поршень в дополнительной полости перемещается в крайнее правое положение. Вал разъединителя поворачивается в сторону отключения, перемещая вправо толкатель, который в свою очередь перестает сжимать пружину, фиксирующую якорь удерживающей катушки в определенном положении. Якорь удерживающей катушки освобождается от воздействия пружины, выключающий клапан закрывается, и в конечном итоге закрывается главный клапан. Доступ сжатого воздуха в дугогасительную камеру прекращается; подвижной и неподвижный контакты в ней вновь замыкаются. Для повторного включения ГВ остается только замкнуть контакт разъединителя.
Нелинейный резистор (см. рис. 50) предназначен для уменьшения перенапряжений, возникающих на дугогасительных контактах при разрыве дуги. После размыкания разрывных контактов главного выключателя дуга гаснет обычно тогда, когда ток переходит через нулевое значение (см. рис. 49). В определенных условиях дуга может погаснуть и раньше, что сопровождается резким спаданием тока. Быстрое уменьшение тока вызывает перенапряжения, которые могут быть опасны для оборудования. Однако сопротивление нелинейного резистора при увеличении приложенного к нему напряжения уменьшается. Это значит, что при появлении дуги между разрывными контактами через резистор проходит ток, который снижает, а часто совсем снимает перенапряжение.
Отметим принципиальное различие в действиях главного выключателя и быстродействующего: при коротких замыканиях быстродействующий выключатель автоматически срабатывает, как только ток в защищаемой цепи превысит его уставку; главный выключатель непосредственно не реагирует на недопустимый ток — он отключается под воздействием реле защит.
