14. Разрядники
- Тиритовый разрядник. Чувствительность алюминиевого разрядника к температуре окружающей среды, возможность растворения плёнки окиси алюминия, если разрядник длительное время находится без напряжения, и ряд других свойств, осложняющих его эксплуатацию, заставили конструкторов создать другие типы разрядников. Так, на электровозах, построенных за 1938 — 1948 гг., устанавливались тиритовые разрядники. Эти разрядники по защитным свойствам и надёжности в эксплуатации несколько уступают алюминиевым, но менее чувствительны к колебаниям температуры и требуют меньше ухода.
- Вилитовые разрядники Ненадёжное гашение дуги и более низкие свойства тиритовых разрядников по сравнению с алюминиевыми привели к созданию нового типа разрядника — вилитового. В последнее время на электровозах устанавливались вилитовые разрядники типа РМВ*) (разрядник магнитный вилитовый электровозный), схема которого дана на фиг. 379. Когда между пантографом и землёй возникает перенапряжение, искровые промежутки ИП пробиваются и контактная сеть оказывается соединённой с рельсами только возрастает мало и не достигает опасных для изоляции аппаратов и машин значений. После снижения перенапряжения дуга в искровых промежутках поддерживается рабочим напряжением контактной сети, но так как при этом напряжении сопротивление вилитовых дисков увеличивается до 140 — 160 ом, то ток в искровых промежутках уменьшается до 25 — 30 а. При этих токах дуга, растягиваемая в дугогасительной камере действием магнитного поля постоянных магнитов, разрывается, после чего разрядник снова готов к действию. Для того чтобы получить примерно одинаковое напряжение на искровых промежутках, они шунтируются полукольцевыми сопротивлениями Ruj, выполненными из тирита. Применение постоянных магнитов для гашения дуги вместо дугогасительной катушки у тиритовых разрядников обеспечивает лучшее гашение дуги, что и отличает вилитовые разрядники от тиритовых.
- Индукционная катушка и роговой разрядник. Вентильные разрядники (алюминиевые, тиритовые и вилитовые) не могут защитить электрическое оборудование при прямом ударе молнии в сеть Еблизи электровоза и токах более 10 000 а. Хорошей защитой в этом случае служит индукционная катушка 3 и роговой разрядник, состоящий из двух рогов 4 и 5 (фиг. 382 и 383). При быстром нарастании перенапряжения во время прямого удара молнии индукционная катушка оказывает большое сопротивление току, между рогами 4 и 5 увеличивается напряжение, возникает дуга и основная энергия разряда молнии, минуя аппараты и машины электровоза, отводится в землю.
В контактной сети во время грозовых разрядов, при мгновенных отключениях нагрузки, обратных зажиганиях ртутного выпрямителя на тяговых подстанциях возникают перенапряжения, т. е. внезапно повышается электрический потенциал на отдельных частях сети.
Перенапряжение характеризуется незначительной мощностью, но весьма высоким напряжением, иногда превосходящим в несколько раз номинальное напряжение сети. На это перенапряжение не рассчитана изоляция отдельных частей электрического оборудования, имеющего определённый запас прочности. Поэтому перенапряжения опасны лишь для изоляции аппаратуры, тяговых двигателей и вспомогательных машин, но не могут вызвать сами
При прямом попадании молнии в контактный провод вблизи электровоза через силовую цепь последнего может пройти значительный ток (до 200 000
и вызвать значительные разрушения оборудования.
Повышение напряжения во время перенапряжений и прямого удара молнии происходит настолько быстро, что не допускает применения для защиты от него каких-либо реле с подвижной системой, обладающей инерцией. Поэтому на электровозах в качестве защиты от перенапряжений и ударов молнии устанавливаются аппараты, действие которых основано на чисто электрических явлениях: алюминиевые, тиритовые, вилитовые и роговые разрядники, индукционные катушки и конденсаторы.
Алюминиевый разрядник. Работа алюминиевого разрядника основана на вентильном свойстве окислов алюминия .Если в щёлочный электролит погрузить два электрода из алюминия и приложить к этим электродам некоторое напряжение, то первоначально через электроды и электролит потечёт значительный ток, определяемый внутренним сопротивлением этого элемента. При протекании тока на аноде появится слой окиси и гидроокиси (водной окиси) алюминия, что вызовет значительное повышение внутреннего сопротивления элемента, в результате чего ток почти прекратится, т. е. элемент будет «заперт». Когда повышается напряжение, приложенное к электродам такого элемента, величина тока, начиная с некоторого значения напряжения, начнёт резко возрастать;при уменьшении напряжения вентильное действие элемента восстанавливается. Алюминиевый разрядник состоит из ряда последовательно соединённых элементов. Число элементов разрядника при напряжении в контактной сети 3 000 в равно 12, при напряжении 1500 в — 6. Каждый элемент состоит из прямоугольной стеклянной банки 1 (см. фиг. 374) ёмкостью около 1 л и размером 60 х 114 X 140 мм, в которую опущены два алюминиевых электрода, укреплённых на фарфоровой крышке 4. Крышка удерживается на банке с помощью замков 5.
Положительный электрод (анод) 2 изготовляется из листового алюминия толщиной 1,5 мм и имеет крупные гофрированные складки для увеличения
поверхности. Отрицательный электр.од (катод) 3 изготовляется из листового алюминия толщиной 1 мм и обхватывает с двух сторон анод.
Банки наполняются щелочным электролитом. Сверху электролит заливается слоем масла толщиной 5 — 6 мм. Масло служит защитой от испарения воды из электролита, а также предохраняет от коррозии (разъедания) алюминиевые электроды на границе электролита и воздуха, где они особенно подвержены разрушению.
Соединённые последовательно элементы присоединяются к пантографу и земле (кузову электровоза). Через разрядник всё время проходит ток в несколько миллиампер, который поддерживает его нормальное состояние.
При возрастании напряжения в контактной сети, что может иметь место, например, в момент грозового разряда, плёнка окиси, покрывающая пластины эле-алюминиевого разрядника: ментов, пробивается, внутреннее сопротивление элементов падает и через разрядник проходит значительный ток.
Напряжение, при котором пробивается плёнка окиси, называется критическим (составляет около 350в на элемент). При понижении напряжения в контактной сети плёнка на пластинах восстанавливается и величина тока падает.
Алюминиевый разрядник отличается постоянством величины критического напряжения, вследствие чего пробивное напряжение может быть выбрано с небольшим превышением над рабочим напряжением сети.
В отношении своего действия алюминиевый разрядник напоминает работу предохранительного клапана, который во время превышения давления выше установленного открывается, выпускает излишек воздуха или пара и, когда давление понижается, сам автоматически закрывается.
Элементы разрядника могут иметь разные внутренние сопротивления, что вызывает неравномерное распределение падений напряжения между соединёнными последовательно элементами и срабатывание элементов с повышенным внутренним сопротивлением. Чтобы достигнуть равномерного распределения напряжения по элементам последовательно соединённой батареи разрядника, параллельно каждому элементу включены трубчатые уравнительные сопротивления 6 приблизительно в 10 000 ом каждое.
Напряжения на зажимах этих сопротивлений почти равны между собой, а напряжения на электродах элементов батареи равны напряжению на зажимах сопротивлений.
Между первым элементом и пантографом (фиг. 375) включается искровой разрядник, параллельно которому присоединяется шунтовое трубчатое сопротивление в 10 000 ом. Когда напряжение ниже критического, это сопротивление ограничивает ток, протекающий через элементы разрядника.
Когда напряжение достигает критической величины, искровой разрядник пробивается и сопротивление шунтируется этим разрядником.
Искровой разрядник (фиг. 376) представляет собой два стальных электрода/с рифлёной поверхностью из запиленных рубчиков. Электроды вставлены в фарфоровую втулку 2 и удерживаются бронзовыми пружинящими стойками 3. Последние вместе со стойками 6 элемента сопротивления 5 укреплены на изоляторах 4. Расстояние между электродами должно быть 1,1 — 1,5 мм. На фиг. 377 показан алюминиевый разрядник типа АР-1А, установленный на электровозах, работающих под напряжением 3 000 в.
Батарея алюминиевого разрядника состоит из четырёх групп элементов по три в каждой группе. Элементы 2 соединены между собой перемычками. Вся батарея помещена в железный ящик, в котором имеется специальный фарфоровый ввод 4 для кабеля высокого напряжения. Около ввода помещено шунтовое сопротивление 3, включённое параллельно искровому разряднику.
Алюминиевый разрядник работает нормально в пределах от —2 до +40 -т- 45°. Более низкая температура чем —2° приводит к замерзанию электролита. Поэтому в зимнее время алюминиевые разрядники обычно снимаются с электровоза. При температуре выше +45° слой окиси алюминия растворяется в электролите и разрядник начинает пропускать значительный ток, который перегревает и повреждает его элементы.
Процесс создания слоя окиси на электродах, называемый процессам формовки, заключается в следующем. Наполненные электролитом и залитые маслом банки элементов присоединяются каждая в отдельности к источнику постоянного тока в 250— 300 в. Последовательно с элементом включается ламповый реостат, который ограничивает ток до 1 а. По лампам можно судить об образовании плёнки: они сначала горят ярко, а затем быстро гаснут, что указывает на готовность плёнки. Если лампы с самого начала не загораются, то следует разомкнуть цепь и опять замкнуть её. По искре во время размыкания можно судить, замкнута цепь или нет. Если имеется искра, то это значит, что плёнка окиси уже есть. Если плёнка растворилась, то необходимо пропускать ток довольно продолжительное время, чтобы снова получить её. При этом необходимо следить, чтобы не происходило кипения электролита.
Электролит наливается в банки до указательной линии, нанесённой на расстоянии 25 мм от верха банки. Этот уровень должен поддерживаться во всё время работы разрядника.
Если электролит в элементе приобретает чёрную или коричневую окраску, то это показывает, что уравнительное сопротивление, включённое параллельно элементу, отключилось и данный элемент перегружен током. Если после восстановления цепи сопротивления окраска не пропадёт, то необходимо сменить электролит.
Электролит для разрядника изготовляется из борной кислоты (46,4 г/л), дистиллированной воды, аммиака (4,1 г/л) и глицерина (49,5 г/л).
Для заливки электролита сверху применяют парфюмерное или вазелиновое масло. На один элемент идёт около 0,95 л электролита и 30 см3 масла.
При положительной полярности контактного провода к нему присоединяется анод крайнего элемента и, наоборот, при отрицательной полярности —катод.
Полярность электродов элементов отмечена на крышках банок.
Оглавление Дальше:
17. Кнопочные выключатели
Вверх:
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА