Быстродействующий выключатель БВП-5, БВЭ-ЦНИИ, БВЗ-2 электровозов ВЛ10 и ВЛ10У

    Быстродействующий выключатель БВП-5 предназначен для разрыва силовой цепи и ее защиты от токов короткого замыкания.
    Быстродействующий выключатель БВП-5 состоит из следующих основных узлов: корпуса, контактного устройства, пневматического привода, системы дугогашения, электрмагнитного удерживающего устройства и механизма блокировок.
    Корпус выключателя состоит из угольников 7, скрепленных двумя изолированными стержнями 6, и рамы 5, состоящей из двух алюминиевых половин, связанных между собой болтами. Между рамами расположены: магнитопровод 4 с удерживающей катушкой 3; размагничивающий виток с сердечником 2; рычаг якоря 1, на котором шарнирно укреплен контактный рычаг 12 с подвижным контактом, в средней части соединенный с двумя контактными пружинами 11, которые одновременно являются и выключающими; включающий рычаг пневматического привода с возвращающими пружинами 10 и цилиндр пневматического привода 9 с буфером для смягчения ударов рычага при включении быстродействующего выключателя.
    Параллельно размагничивающему витку включен индуктивный шунт 8, состоящий из медной шины, на которой насажены диски из электротехнической стали. Индуктивный шунт, шунтируя размагничивающий виток, способствует повышению тока уставки и уменьшает собственное время отключения быстродействующего выключателя. Индуктивное сопротивление шунта больше индуктивного сопротивления цепи размагничивающего витка, поэтому при резком нарастании тока большая его часть проходит через размагничивающий виток выключателя, вызывая резкое уменьшение электромагнитных сил притяжения рычага якоря.
    Сверху на раме закреплена гетинаксовая плита 13, на которой укреплены неподвижный контакт и на пластмассовых изоляторах дугогасительная катушка 15 с шихтованным магнитопроводом 14. В зоне контактов магнитопровод имеет веерообразные полюсы 16 для проведения магнитного потока через камеру.
    Между веерооборазными полюсами помещается дугогасительная камера, состоящая из двух асбестоцементных стенок 4 с вклеенными перегородками 2, которые образуют лабиринт. В верхней части камеры установлены деионные решетки 1. Для предотвращения от выпадания деионных решеток установлен держатель 3 из стеклопластика. В нижней части камеры расположены дугогасительные рога 7, один из которых соединен с неподвижным контактом, другой - со стальным шарниром 6. Шарниром камера соединена с рамой выключателя. Для уменьшения входной щели дугогасительной камеры и увеличения скорости прохождения электрической дуги установлена асбестоцементная вставка 5.
    Работа выключателя происходит следующим образом. Нажатием кнопки БВ кнопочного выключателя подается питание на удерживающую катушку. Кратковременным включением кнопки Возврат БВ подается питание на катушку электромагнитного вентиля. Сжатый воздух давит на поршень, шток поршня передает давление на рычажную систему подвижного контакта и, растягивая контактную и возвращающую пружины, подводит якорь к полюсам магнитопровода удерживающей катушки. После разрыва цепи питания вентиля электропневматического привода кнопкой Возврат БВ сжатый воздух выходит из цилиндра. Включающий рычаг под действием возвращающей пружины отходит от контактного рычага, и силовые контакты замыкаются. Якорь при этом остается притянутым к полюсам магнитной системы удерживающей катушки. Такой механизм включения не допускает возможности длительного включения аппарата на короткозамкнутую цепь, так как контакты не могут включаться до возврата включающего рычага со штоком.
    Отключение (срабатывание) выключателя может произойти по двум причинам: от разрыва цепи удерживающей катушки контактами аппаратов защиты, включенных в ее цепь (реле дифференциальное, кнопка БВ); вследствие ослабления магнитного потока удерживающей катушки встречным потоком размагничивающего витка, последовательно включенного в силовую цепь (при коротком замыкании с токами, превышающими 3200 А).

    Быстродействующий выключатель БВЭ-ЦНИИ служит для защиты вспомогательных цепей электровоза от токов короткого замыкания.
    Выключатель БВЭ-ЦНИИ состоит из трех основных частей: приводного механизма, трансформатора 5 и дугогасительной камеры 2. Опорной конструкцией приводного механизма является рама 11, состоящая из двух алюминиевых половин, укрепленных на основании 9 с помощью пластмассовых изоляторов 13.
    На раме расположены: главный магнитопровод 8 с якорем 12 на котором укреплен силовой подвижной контакт выключателя: малоподвижный контакт 4 с оттягивающим электромагнитом 6; магнитопровод дутья 3 с веерообразными полюсами 1 и блокировка 14.
    Включение выключателя и удержание его во включенном состоянии осуществляются секционированной катушкой управления 7, насаженной на главный магнитопровод. Выключатель отключается размагничивающим витком 10, проходящим через сквозные вырезы в полюсах главного магнитопровода.
    При протекании по витку тока короткого замыкания (к.з.) в полюсах создаются местные насыщенные участки, которые, увеличивая магнитное сопротивление полюсов, вызывают резкое уменьшение потока в якоре.
    В связи с тем, что насыщение магнитопровода в зонах размагничивающего витка не зависит от направления в нем тока, выключатель БВЭ-ЦНИИ является неполяризованным.
    При резком уменьшении магнитного потока в главном магнитопроводе в катушке управления возникает э.д. самоиндукции и появляется ток, стремящийся задержать спадающий магнитный поток. Это увеличивает собственное время срабатывания выключателя. Для сохранения собственного времени срабатывания выключателя установлен трансформатор 5. Он имеет силовую катушку, включенную последовательно с защищаемой цепью, и две вторичные независимые обмотки управления, выполненные в виде одной катушки. Одна из вторичных обмоток включена последовательно с катушкой управления главного магнитопровода и компенсирует всплеск э.д.с. самоиндукции при отключении выключателя, другая включена параллельно катушке малоподвижного контакта. В момент короткого замыкания эта обмотка возбуждает электромагнит малоподвижного контакта, который оттягивает малоподвижный контакт в обратную сторону, уменьшая собственное время срабатывания быстродействующего выключателя и увеличивая скорость расхождения его контактов.
    На магнитопроводе дутья имеются две параллельно соединенные обмотки по восемь витков каждая, для отключения минимального тока 4,5А. Приводной механизм выключателя имеет рукоятку 15, которой он может быть включен при сильно разряженной аккумуляторной батарее.
    Дугогасительная камера состоит из двух асбестоцементных стенок 6 с лабиринтными перегородками 7, изоляционного вкладыша 2 с укрепленным на нем дугогасительным рогом 3, кронштейна 4 с дугогасительным рогом 5, деионных решеток 1, двух укрепленных с помощью планок листов полюсов 8, служащих для равномерного распределения магнитного потока по средней части камеры.
    Отключение выключателя БВЭ-ЦНИИ может произойти: при протекании тока к.з. по размагничивающему витку (в этом случае в полюсах создаются местные насыщенные участки, которые увеличивая магнитное сопротивление полюсов, вызывают резкое уменьшение потока в якоре); от разрыва цепи катушки управления контактами аппаратов защиты, включенных в ее цепь (дифференциальное реле).

    1 - решетка деионная; 2 - стенка камеры; 3 - полюс; 4 - вкладыш изоляционный; 5, 6 - рога; 7 - кронштейн; 8 - перегородка.

    На электровозах ВЛ 10 с №459 (ТЭВЗ) и с №1011 (НЭВЗ) для защиты вспомогательной цепи от токов короткого замыкания и перегрузок вместо выключателя БВЭ-ЦНИИ устанавливают быстродействующий выключатель защелкивающего типа БВЗ-2. Он выполняет также функции дифференциальной защиты, в связи с чем отпала надобность в установке дифференциального реле в цепи вспомогательных машин.
    Выключатель состоит из следующих основных узлов: рамы, механизма защелки, выключающего электромагнита, дугогасительной системы, электромагнитного привода и механизма блокировки.
    Рама состоит из двух алюминиевых половин 17 и двух текстолитовых боковин 18, скрепленных между собой болтами и установленных на основании 16 с помощью пластмассовых изоляторов. Между рамами расположены механизм защелки и выключающий электромагнит. На основании размещены механизм блокировки и электромагнитный привод.
    Сверху на раме закреплена гетинаксовая плита 20, на которой укреплены неподвижный контакт 21 и на пластмассовых изоляторах дугогасительная система, состоящая из штихтованного магнитопровода 23, катушки 22 и дугогасительной камеры 24. Дугогасительная камера аналогична по конструкции дугогасительной камере БВЭ-ЦНИИ, кроме рога 5, который своей подвижной конструкцией обеспечивает надежное соединение с неподвижным контактом.
    Механизм защелки выполнен из литого стального корпуса 19, двух защелочных (качающих) рычагов 3 и 12, на концах которых укреплены ролики (шарикоподшипники) 4 и 5. Рычаги 3 и 12 имеют шарниры соотвественно О₄ и О₃. Защелочный рычаг через шарнир О₅ связан с рычагом подвижного контакта 2, на который передается усилие отключающих пружин 1. Расположение осей защелочных рычагов О₁ и О₂ выбрано таким образом, чтобы обеспечивалось силовое контактирование роликов. ПОворот рычага подвижного контакта влево ограничивается роликом рычага 12. Пружиной 13 рычаг 12 прижимается к регулировочному винту 6, посредством которого и устанавливается включенное положение защелки.
    В замкнутой защелке на ось ролика О₁ передается сила Р, созданная отключающими пружинами. Штриховыми линиями показано разложение силы Р. Составляющая силы Q создает фиксирующий момент М=Q1, прижимающий рычаг к регулировочному винту, что обеспечивает устойчивое положение защелки. Этот момент регулируют винтом 6 при изменении значений плеча 1 и силы Q.
    Для расцепления защелки надо повернуть рычаг 12 по часовой стрелке, приложив к нему момент, превышающий по значению фиксирующий момент. По мере поворота рычага значение фиксирующего момента снижается (уменьшается плечо l) до нуля и защелка расцепляется. Под действием отключающих пружин контакты выключателя размыкаются. Момент, размыкающий защелку, приложенный к двуплечему рычагу, создается выключающим электромагнитом.
    Фиксирующий момент по значению невелик. Он определяется необходимой виброустойчивостью защелки, а поскольку составляющая сила Q имеет относительно большее значение )значительно превышает силу Р), то плечо l мало. Небольшое значение момента М и плеча l обуславливает ценные свойства защелки: для выключения ее к рычагу 12 надо приложить небольшое усилие и повернуть его на малый угол - это и обеспечивает быстродействие выключателя.
    Выключающий электромагнит состоит из ярма 10 и якоря 9, набранных из листов электротехнической стали, и регулировочной пружины 11, усилие которой действует на якорь. На ярмо надеты три катушки: две силовые А и Б и одна оперативного отключения В.
    Силовые катушки намотаны из медной шины и включаются последовательно в цепь защищаемой цепи. Катушка А включается со стороны токоприемника до нагрузки (вспомогательной машины), катушка Б - после нагрузки со стороны земли. Направление тока в них выбирается так, чтобы создаваемые им в магнитопроводе магнитные потоки были направлены встречно.
    Изменением натяжения регулировочной пружины выключатель регулируют так, чтобы якорь притягивался при результирующей магнитодвижущей силе в ярме (разности магнитодвижущих сил силовых катушек) 600 А. В момент притяжения якоря к ярму боек 7 якоря ударяет по концу рычага 12, поворачивая его по часовой стрелке. Защелка размыкается, и выключатель отключается.
    Зазор у якоря выключающего электромагнита регулируют винтом 8, а зазор Н между якорем и рычагом 12 устанавливают винтом 7.
    При перегрузке обе силовые цепи обтекаются одним током, и выключатель отключается при токе 300 А, поскольку в этом случае результирующая магнитодвижущая сила составляет 600 А. При коротком замыкании в цепи ток проходит только по одной силовой катушке А, и выключатель отключается при токе не более чем 50 А.
    Включение быстродействующего выключателя производится электромагнитным приводом, состоящим из силового электромагнита 15 и изоляционного включающего рычага 14. Силовой электромагнит выполнен с втяжным коническим якорем для возможности получения сравнительно больших начальных усилий. Изоляционный включающий рычаг представляет трехплечую систему: через одно плечо проходит ось вращения, на второе опирается ролик штока электромагнита силового, на третьем укреплен упорный ролик.
    Рычаг выполняет роль изолятора и передает механическую нагрузку. Посредством этого рычага производится и ручное включение аппарата.
    Регулировку механизма включения осуществляют изменением длины штока силового электромагнита.