Bardzo niebezpiecznym zjawiskiem na jakie narażone są urządzenia taborowe są przepięcia. Przepięcie jest to gwałtowny wzrost napięcia powyżej napięcia znamionowego, co może doprowadzić do przebicia izolacji i nawet pożarów.
Ze względu na pochodzenie przepięcia dzielimy na:
- atmosferyczne - bezpośrednie uderzenia pioruna w pojazd trakcyjny lub w sieć trakcyjną. W następstwie tego płynie udar prądowy w czasie 100 ms o wartości przepięcia dochodzącej do kilkuset kilowoltów;
- indukowane - uderzenie pioruna w pobliżu sieci trakcyjnej. Energia przepięcia jest niewielka, a wartość przepięcia dochodzi do 100 kV;
- łączeniowe - powstające zwykle w czasie wyłączania prądów zwarcia przez wyłącznik szybki lub bezpiecznik. Przepięcia te dochodzą do 16 kV.
Wytrzymałość dielektryczna sieci trakcyjnej wynosi około 100 kV, natomiast urządzeń taborowych około 12,7 kV. Z uwagi na możliwość przebicia izolacji w czasie przepieć w sieci trakcyjnej oraz w pojazdach trakcyjnych stosuje się ochronę przepięciową w postaci odgromników.
Stosuje się następujące odgromniki:
- kondensatorowe - zadaniem ich jest obniżenie fali przepięciowej, która napływa z linii zasilającej. Odgromnik kondensatorowy składa się z dwóch okładzin, które zamknięte są w puszce. Jeden biegun połączony jest z obwodem głównym, a drugi jest uszyniony. Kondensator włączony jest równolegle z obwodem trakcyjnym. Pojemność kondensatora powinna zapewnić ochronę od przepięć łączeniowych i indukowanych, natomiast nie wystarcza do ochrony przed bezpośrednim uderzeniem pioruna. Pojemność kondensatorów stosowanych w pojazdach PKP wynosi 4 mF. Aby nie zniszczyć kondensatora często w obwodach stosuje się cewki ograniczające prąd ładowania kondensatora.
- zaworowe - składają się z iskiernika oraz stosu zmiennooporowego, które są połączone ze sobą szeregowo. Stos zmiennooporowy składa się z kilku płytek o rezystancji malejącej wraz ze wzrostem napięcia. Tak więc w przypadku napięcia roboczego rezystancja stosu jest duża, a w przypadku wystąpienia przepięcia gwałtownie maleje. Iskiernik składa się najczęściej z kilku rożków wydmuchowych. Odległość między tymi rożkami decyduje o napięciu zadziałania iskiernika.
W momencie wystąpienia przepięcia natężenie pola elektrycznego spowoduje przebicie przerwy między rożkami i zapłon iskiernika. Wysokie napięcie pojawia się na stosie zmiennooporowym i wobec tego rezystancja stosu maleje. Duży prąd wyładowania płynie przez stos zmiennoporowy do ziemi. Całe zjawisko trwa kilka milisekund. Po przepływie prądu wyładowania iskiernik nie jest w stanie zgasić łuku występującego między rożkami. Prąd roboczy więc płynie przez iskiernik (w postaci łuku między rożkami) i do odgromnika. Wartość napięcia odpowiada już tylko napięciu sieci więc rezystancja stosu zmiennooporowego rośnie, prąd wobec tego maleje i łuk zostaje przerwany. Wadą tych odgromników jest wrażliwość na przepięcia i ulegają one często uszkodzeniom podczas odprowadzania fali przepięciowej;
- rożkowe (iskierniki) - składają się z rożków, najczęściej kilku. Odległość między rożkami decyduje o napięciu zadziałania odgromnika. Zaletą tych odgromników jest prosta budowa oraz nieograniczona obciążalność prądowa. Jednak wartość napięcia zadziałania jest dość znaczna i zależna od warunków atmosferycznych (wilgotność). W czasie pojawienia się napięcia, które przebije przerwę powietrzną między rożkami następuje przepływ prądu do ziemi. Po wyładowaniu bardzo często łuk elektryczny podtrzymywany jest prądem następczym (roboczym) i wówczas przerwanie następuje przez zadziałanie wyłącznika na podstacji trakcyjnej.
W pojazdach trakcyjnych najczęściej stosuje się dwa zabezpieczenia, bądź trzy współpracujące ze sobą. Przykładowo na lokomotywach elektrycznych EU07 stosuje się iskiernik połączony z odgromnikiem zaworowym oraz odgromnik kondensatorowy. Zabezpieczenia te umieszczane są w szafie wysokiego napięcia lub na dachu pojazdu trakcyjnego na początku obwodu głównego. Często iskierniki wyposażone są w magnesy, które wypychają łuk elektryczny w górę rożków gdzie następuje rozciągnięcie i ochłodzenie łuku co sprzyja gaszeniu.
Zastosowanie odgromników i iskierników
Odgromniki i iskierniki stosuje się na sieci trakcyjnej i w pojazdach trakcyjnych jako ochrona przed skutkami przepięć.
Główne parametry odgromników i iskierników
- napięcie znamionowe [V] lub [kV];
- napięcie probiercze (50 Hz) [V] lub [kV];
- pojemność znamionowa [mF]*;
- przerwa między rożkami [mm]**;
- napięcie statyczne zapłonu [V] lub [kV]**
* dotyczy odgromnika kondensatorowego;
** dotyczy iskiernika.
Jeżeli chcesz dowiedzieć się więcej o ochronie sieci trakcyjnej zajrzyj tutaj.
