Технологии диагностирования быстродействующего выключателя БВП-5

ВВЕДЕНИЕ

Железнодорожный транспорт является основным видом транспорта России, имеет важнейшие значение для  нашей страны. Современные тенденции развития ж.д. транспорта связаны с усложнением конструкции тягового подвижного состава, высокой интенсивностью движения поездов и большой ценой каждого отказа оборудования локомотива. Важным фактором в обеспечении высокой надежности тягового подвижного состава (ТПС) является высокоэффективное ремонтное производство и техническое обслуживание. Эффективность ремонтного производства определяется в свою очередь снижением затрат на ремонт и обслуживание, что возможно при переходе на систему ремонта по фактическому состоянию с использованием средств технической диагностики (ТД) и без разборных технологий. Применяемые средства ТД должны обеспечивать достоверность контроля, измерений или обследования объектов и позволить определить предполагаемые объемы ремонта оборудования на этапе диагностирования локомотива. Одним из видов ТД является НК деталей ТПС, который выявляет зарождающиеся дефекты в деталях на ранней стадии. Система НК должна являться обязательной и неотъемлемой частью технологии ремонта и техобслуживания ТПС.

При эксплуатации ТПС основным типом  дефекта, проводящим к выходу оборудования из строя, является усталостные трещины, которые начинают развиваться на поверхностях деталей. К дефектам также  относятся закоксованость или загрязненность отверстий, клапанов, места ненормированного трения деталей и т.д. Для их выявления оптимален визуально-оптический контроль. Однако для осмотра труднодоступных узлов и деталей необходима полная или частичная разборка агрегата или узла, что понижает надежность изделия и приводит к дополнительным затратам.

С учетом зарубежного опыта перспективным  является использование жестких  и гибких эндоскопов. Их применение не требует особой подготовки квалификации контролирующего персонала, а также  увеличивает количество узлов и агрегатов, контролируемых побез разборной технологии, обеспечивая достаточную достоверность и информативность контроля. Это в свою очередь уменьшает простой локомотива на ремонте, повышает надежность агрегатов и узлов за счет исключения приработки деталей после ревизии, объективизацию определений объектов ремонта. Все эти факторы ведут к снижению эксплуатационных расходов на содержание ТПС.

Целью моей курсовой работы является изучение технологии диагностирования быстродействующего выключателя БВП-5

Задачами курсовой работы являются:

1. Изучение всех возможных видов дефектов быстродействующего выключателя БВП-5
2. Изучить технологию диагностирования методами НК и приборами.
3. Выбрать и обосновать метод диагностирования быстродействующего выключателя БВП-5

1 НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОУСТВО И РАБОТА БВП-5

1.1 Назначение БВП-5

Электрическое оборудование электровозов рассчитано на работу при определенных условиях (напряжении, режимах, нагрузки и т. д.). При этих условиях обеспечивается их надежная работа с поездами. Для  поддержания оборудования в работоспособном  состоянии выполняют необходимые осмотры и ремонты и ухаживают за ним в эксплуатации. Но даже при соблюдении всех этих условий в электрооборудовании могут появиться такие опасные режимы, которые, если их не устранить, приведут к повреждению оборудования. Наиболее опасными являются возникновения коротких замыканий в цепях, перенапряжения, перегрузки тяговых двигателей и вспомогательных машин.

При возникновении короткого замыкания  по цепи протекает ток, в несколько  раз превышающий допустимую величину. Если цепь своевременно не будет отключена, то машины или аппараты будут выведены из строя. Для разрыва силовых цепей тяговых двигателей электровоза при коротких замыканиях применяют быстродействующие выключатели. В том случае, когда возникает неполное короткое замыкание и ток не достигаетуставки быстродействующего выключателя, срабатывает дифференциальное реле, воздействующее на быстродействующий выключатель, который и разрывает электрическую цепь.

В отличие от обычных автоматических выключателей быстродействующие выключатели очень быстро разрывают цепь при коротком замыкании, практически до достижения током установившегося значения.

При возникновении короткого замыкания  в цепи, содержащей индуктивность (обмотки  тяговых двигателей), ток I (Рисунок 1.1) возникает не мгновенно, а нарастает в течение некоторого времени обычно долей секунды. Время t₁ или t'₁ требуется для достижения тока уставки, при котором автомат или быстродействующий выключатель начнет отключаться. Это время не зависит от аппарата, а определяется индуктивностью цепи.

Рисунок 1.1 Диаграмма токов при коротком замыкании

 Время t₂ или t'₂ от достижения тока уставки до момента расхождения контактов называется собственным временем срабатывания выключателя. Это время зависит от конструкции выключателя. У обычного автомата это время t'₂ составляет сотые доли секунды, а у быстродействующего выключателя t₂ = 0,0015 - 0,003 с, т. е. значительно меньше, чем у автомата. В течение времени t₃ или t'₃ гасится дуга. Это время зависит от тока к. з. и мощности дугогасительной системы выключателя.

Общее время отключения тока у обычного автомата равно 0,25—0,5 с, а быстродействующего выключателя 0,01—0,05 с, т. е. в 10—25 раз  меньше. За счет этого быстродействующий выключатель разрывает ток раньше, чем он достигнет установившегося значения. В этом случае облегчаются разрыв цепи и гашение дуги.[1]

1.2 Принцип действия БВП-5

Быстродействующий выключатель БВП-5 состоит из следующих основных узлов: корпуса, контактного устройства, включающего механизма, электромагнитного удерживающего устройства, дугогасительной системы и механизма блокировок. Общий вид выключателя (без дугогасительной камеры) показан на рисунке 1.2

Рисунок 1.2 Общий вид быстродействующего выключателя

Принцип работы поясняется схемой, изображенной на рисунке 1.3 Неподвижный контакт 16 через дугогасительную катушку 17 соединен с цепью токоприемника. Подвижной контакт 15, укрепленный на контактном рычаге 14, соединен с цепью тяговых двигателей. Это соединение осуществлено следующим образом: рычаг 14 через гибкий шунт 3 связан с шиной, соединенной с параллельно включенными размагничивающими витками сердечника 19 и индуктивным шунтом 2. Рычаг 14 шарнирно связан со стальным якорем 13, который скреплен с якорным рычагом 12. Система якорного и контактного рычагов под действием двух выключающих пружин 11 находится в выключенном положении.

Рисунок 1.3 Схема работы БВП-5

На магнитопроводе 18 находится удерживающая катушка 1. Во включенном положении быстродействующего выключателя магнитный поток, наведенный этой катушкой (на рисунке этот поток показан сплошными линиями со стрелками), держит якорь 13 в притянутом положении, противодействуя пружинам 11. Если выключить удерживающую катушку, то магнитный поток в магнитопроводе 18 будет уменьшаться и под действием пружин 11 подвижная система с контактом 15 перейдет в отключенное состояние. Следовательно, якорь удерживается в притянутом положении за счет электромагнитных сил удерживающей катушки. Через сердечник 19 замыкается часть магнитного потока, наводимого удерживающей катушкой. Размагничивающий виток включен в силовую цепь тяговых двигателей. Под действием тока силовой цепи размагничивающий виток наводит свой магнитный поток, замыкаемый с правой стороны через магнитопровод 18 и с левой стороны через якорь 13 (на рисунке этот поток показан штриховыми линиями). В правой части этот поток совпадает с магнитным потоком удерживающей катушки, а в зоне якоря направлен встречно и ослабляет его, размагничивая систему.

 При коротком замыкании в силовой цепи ток увеличивается, магнитный поток, наводимый размагничивающим витком, возрастает, размагничивая, еще больше систему в зоне якоря. Магнитопровод в зоне якоря, якорь и сердечник размагничивающего витка шихтованные, они набраны из листов электротехнической стали для резкого снижения, времени изменения магнитного потока, от которого зависит время срабатывания быстродействующего выключателя. Остальная часть магнитопровода сплошной стальной сердечник, в котором из-за задерживающего действия вихревых токов магнитный поток изменяется медленнее. Если магнитный поток в зоне якоря уменьшается настолько, что сила выключающих пружин 11 окажется больше магнитных сил, то якорь 13 будет оторван от магнитопровода 18, рычаги 12 и 14 повернутся против часовой стрелки и контакты 15 и 16 разорвут электрическую цепь.

Быстродействующий выключатель срабатывает  за ничтожное время из-за резкого  уменьшения магнитного потока в зоне якоря, применения сильных выключающих пружин, отсутствия промежуточных звеньев между электромагнитной системой и контактами и малой массы подвижных деталей.

Ускорению срабатывания способствует также индуктивный шунт 2, обладающий большой индуктивностью и малым омическим сопротивлением. Его включают параллельно размагничивающему витку. Когда по силовой цепи идет неизменный по значению ток, он разветвляется обратно пропорционально омическим сопротивлениям цепей. При возникновении короткого замыкания ток в цепи быстро увеличивается и наводит в размагничивающем витке и в шине индуктивного шунта э. д. с. самоиндукции, значение которой зависит от индуктивности цепи и степени изменения тока.

Так как индуктивный шунт обладает значительно большей индуктивностью, чем размагничивающий виток, в нем наводится большая э. д. с. самоиндукции, препятствуя прохождению тока. Через размагничивающий виток пройдет большая часть тока, вызывая ускоренное размагничивание магнитопровода в зоне якоря. При этом быстродействующий выключатель начнет раньше выключаться, уменьшая общее время разрыва цепи.

Быстродействующий выключатель БВП-5 автоматически за короткое время срабатывает при коротком замыкании только при определенном направлении тока из контактной сети к пусковым резисторам и тяговым двигателям.

Если электровоз работает в режиме рекуперативного торможения, а тяговые двигатели в генераторном режиме, то при коротком замыкании в контактной сети ток пойдет от тяговых двигатеей к токоприемнику. В размагничивающем витке он создает поток, который в зоне якоря будет усиливать магнитный поток удерживающей катушки, и отрыва якоря не произойдет. Быстродействующий выключатель в этом случае не сработает. Поэтому его называют поляризованным, т. е. аппаратом, реагирующим на ток только определенной полярности.

Выключатель отключается также при разрыве цепи удерживающей катушки блокировочными контактами реле, включенными в ее цепь. Однако при этом время срабатывания из-за медленного уменьшения магнитного потока в сплошном (нешихтованном) магнитопроводе значительно возрастает по сравнению с автоматическим отключением под действием тока размагничивающего витка. Магнитный поток удерживающей катушки при нормальных условиях работы способен удержать якорь в притянутом положении, но не может притянуть его при включении быстродействующего выключателя из-за большого воздушного зазора. Для включения аппарата служит электропневматический механизм включения, состоящий из воздушного цилиндра 8 с поршнем 7 электромагнитного вентиля 6, соединенного с цилиндром шлангом 5, включающего рычага 9 с роликом 10 и оттяжными пружинами 4.

Этапы включения. При отключенном  состоянии поршень 13, а следовательно, и ролик 3 под действием пружин 12 занимают крайнее левое положение (рисунок 1.4 а).

Включение быстродействующего выключателя начинают с подачи напряжения на удерживающую катушку 9 для создания магнитного потока в магнитопроводе 8. Это делают нажатием соответствующей кнопки. Затем нажатием второй кнопки возбуждают электромагнитный вентиль, через который сжатый воздух поступает в цилиндр 1. Поршень 13 начинает перемещаться вправо. Вместе с ним перемещается вправо ролик 3, так как рычаг 2 поворачивается по часовой стрелке, преодолевая действие пружин 12. Ролик 3 нажимает на контактный рычаг 5 и поворачивает его относительно точки А против часовой стрелки до упора нижним концом в якорный рычаг 10 (рисунок 1.4 б). При дальнейшем движении поршня 13 и ролика 3 якорный и контактный рычаги поворачиваются относительно точки В, преодолевая действие пружин 4 до упора якоря 10.

В этом положении силовые контакты 6 и 7 еще не замкнулись, но якорь удерживается магнитным потоком удерживающей катушки. После отпускания кнопки и прекращения питания вентиля, через который подавался сжатый воздух в цилиндр 1, этот воздух из цилиндра выходит, а включающий рычаг 2 вместе с поршнем 13 и роликом 3 смещается влево, освобождая контактный рычаг 5, который под действием отключающих пружин 4 поворачивается относительно точки А по часовой стрелке до замыкания контактов 6 и 7 (рисунок 1.4 г). Следовательно, выключающие пружины 4 одновременно являются и контактными пружинами, создающими нажатие подвижного контакта на неподвижный.

Рисунок 1.4 Этапы включения БВП-5

Из процесса включения видно, что  замыкание контактов быстродействующего выключателя происходит после выключения привода. Это делают для того, чтобы обеспечить срабатывание быстродействующего выключателя даже в том случае, когда он будет включен на короткое замыкание. Без такой связи между контактным и якорным рычагами быстродействующий выключатель включился бы при нажатии кнопки, подающей питание на вентиль, и в случае короткого замыкания в цепи он не мог бы отключиться до тех пор, пока не будет отпущена кнопка, ибо привод удерживал бы контакты в замкнутом положении.[1]

1.3 Устройство БВП-5

Все части быстродействующего выключателя укреплены на двух отлитых из алюминия боковых рамах 5 (рисунок 1.5), которые опираются на изолированные миканитом стержни 6, укрепренные на уголках 7. Между рамами находится магнитопровод 4 с удерживающей катушкой 3. Якорный рычаг 1, шарнирно связанный с ним контактный рычаг 20, отключающие пружины 17 и оттяжные пружины 15 также находятся между рамами. Натяжение отключающих пружин регулируют болтом 16, который затем пломбируют, чтобы в эксплуатации не изменили их регулировку, влияющую на время отключения быстродействующего выключателя.