Ochrany, hlavní vypínače

Hlavní vypínač na lokomotivách stejnosměrné trakce

Hlavní vypínač (HV) chrání lokomotivu jako celek. Je součástí vysokonapěťové výzbroje a musí tedy být umístěn v kobce. V trakčním obvodu je řazen za sběračem a odpojovačem. Účelem hlavního vypínače je co nejrychlejším rozepnutím ochránit lokomotivu před vysokými zkratovými proudy, tj. co nejrychleji přerušit napájení (to samozřejmě není možné provést stažením sběračů, neboť by došlo ke vzniku elektrického oblouku), a samozřejmě také prosté "zapnutí" a "vypnutí" lokomotivy. V sepnuté poloze je hlavní vypínač udržován elektromagneticky tzv. přídržným obvodem, při přerušení proudu přídržného elektromagnetu se hlavní vypínač automaticky rozepne. Pokyn k jeho rozepnutí vydá buďto některá z ochran (skluzová, nadproudová ochrana hlavního vypínače, Buchholzova ochrana...), nebo strojvedoucí ze stanoviště. Vzhledově hlavní vypínač připomíná část kontroléru, neboť vidět je hlavně jeho zhášecí komora. Hlavní vypínač je tvořen dvěma rovnoběžnými azbestovými deskami, mezi nimiž je zhášecí komora. Při rozepnutí vypínače vznikne elektrický oblouk, který je bezpečně vyfouknut mezi tyto dvě desky do zhášecí komory. Tam je oblouk přitahován díky magnetickému tahu vznikajícímu díky přídavným cívkám, do nichž je při vypínání veden proud. Hlavní charakteristikou HV je vypínací proud, tj. proud, při kterém dojde k rozepnutí hlavního vypínače (vlastní nadproudová ochrana). Tato hodnota se opět liší podle typu HV a řady lokomotivy (např. 1 600 A - řada 140; 2 800 A - řada 150). Stav hlavního vypínače je indikován na stanovišti strojvedoucího otočným ukazatelem. Za zmínku stojí také poměrně nové nařízení, že zhášecí komory nesmí být z azbestu. Jsou tedy nahrazovány novými komorami, jejichž životnost je oproti azbestovým bohužel daleko nižší. Obrovská hromada zničených zhášecích komor ve vršovickém depu za rotundou je toho důkazem...

Hlavní vypínač na lokomotivách střídavé trakce

Účel hlavního vypínače na střídavých elektrických lokomotivách je stejný, od stejnosměrného vypínače se ale podstatně liší konstrukcí - jedná se o tlakovzdušný hlavní vypínač. Střídavý hlavní vypínač je obvykle umístěn na střeše lokomotivy, zatímco jeho pohon bývá pod stropem strojovny. Vypínač je uložen na keramických izolátorech. Skládá se ze vzduchojemu, zhášecí komory, vypínače a kontaktní hlavice. V okamžiku, kdy je v hlavním vypínači nulový proud a napětí, zhasíná i elektricky oblouk. Mezi kontakty však zůstává plazma (vysoce ionizovaný vzduch - v tomto případě elektrickým proudem), díky čemuž by byl oblouk znovu obnoven. Tomu je zabráněno vyfouknutím stlačeného vzduchu ze vzduchojemu (charakteristický zvuk střídavého hlavního vypínače). Stlačený vzduch vyfoukne oblouk i ionizovaný vzduch do zhášecí komory, kontaktní hlavice se otočí, spojí se se zkratovačem a obvod je přerušen.

Hlavní vypínač na dvousystémových lokomotivách

Lokomotivy schopné provozu na stejnosměrné i střídavé napěťové soustavě jsou vybaveny stejnosměrným i střídavým hlavním vypínačem. Současně jsou tyto lokomotivy chráněny proti zapojení hlavního vypínače pro odlišnou napájecí soustavu, než pod jakou lokomotiva právě je. Proto se nejprve zdvihá sběrač a proud je veden do indikačního obvodu, jehož relé nedovolí sepnout nesprávný hlavní vypínač.

Ochrany

Bleskojistka

Při atmosférických výbojích může docházet k výraznému nárůstu napětí v trakčním vedení. Tyto špičky trvají řádově desítky mikrosekund, ale napětí může dosahovat několika desítek kV. Při vniknutí takto vysokého napětí do obvodů lokomotivy by došlo k jeho poškození, proto je u každého sběrače umístěna bleskojistka. Toto zařízení omezí napěťové špičky na hodnotu přibližně 20 kV. Dále je zde zařazen ochranný kondenzátor, který je schopen snížit napětí asi na 10 kV. Toto napětí je již zkušebním napětím obvodů elektrické lokomotivy pro soustavu 3 kV=. Toto zařízení se souhrnně nazývá přepěťová ochrana.

Protiskluzová ochrana

Skluz je nevyžádaná situace, vznikající při překročení meze adheze a projevující se prokluzem hnacích dvojkolí. To se projeví značným úbytkem tažné síly a při dalším vzrůstu skluzu může dojít i k poškození lokomotivy. Proto je prakticky každá lokomotiva vybavena ochranou proti skluzu. Ta je obvykle provedena skluzovým relé, které spíná při vzrůstu napětí na elektromotoru, spojeném s nárůstem otáček. Skluz je tedy indikován na stanovišti strojvedoucího, který tak může zareagovat např. pískováním nebo snížením trakčního proudu. Pokud skluz i nadále vzrůstá, rozepne ochrana hlavní vypínač.

Nadproudová ochrana

Tento typ ochrany je určen k ochraně trakčních motorů. Technicky je nadproudová ochrana zajišťována proudovým rozpínacím relé. Vypínací proud hlavního vypínače je vyšší, než maximální proud elektromotoru, a proto musí být tato ochrana provedena samostatně. Maximální proud trakčního motoru daleko převyšuje hodnotu trvalého proudu, čehož se využívá při rozjezdu lokomotivy, kdy je díky tomu možné vyvinout daleko vyšší výkon, než je udávaný trvalý výkon (samozřejmě ale musí nastat výborné adhezní podmínky). Např. na strojích 150 a 350 je hodnota trvalého proudu elektromotoru 715 A, ale mezní hodnota, kdy již zaúčinkuje nadproudová ochrana, je nastavena na 1 250 A při sérii a 1 150 A při sérioparalelu.

Diferenciální ochrana

Diferenciální ochrana slouží k detekci probíjení proudu na kostru lokomotivy. Diferenciální ochrana je tvořena dvoucívkovým relé, jehož jedna cívka je napájena proudem odebíraným sběračem a druhá cívka je napájena proudem od zemniče na nápravách. Tyto dva proudy jsou porovnávány a pokud je rozdíl jejich hodnot větší než maximální pocolený rozdíl, dojde k rozepnutí hlavního vypínače.