1.1 Силовые цепи в режиме тяги при питании электропоезда от сети постоянного тока номинальным напряжением 3 кВ
1.2 Силовые цепи в режиме тяги при питании электропоезда от сети переменного тока номинальным напряжением 25 кВ
1.3 Шина обогрева
1.4 Цепи питания электропоезда от вспомогательного локомотива
1.5 Заземление электропоезда
1.6 Системы измерения электропоезда

Силовые цепи электропоезда рассчитаны на питание от переменного тока номинальным напряжением 25 кВ частотой 50 Гц и на питание от постоянного тока номинальным напряжением 3 кВ. Принципиальная силовая схема электропоезда приведена в Приложении А.

1.1 Силовые цепи в режиме тяги при питании электропоезда от сети постоянного тока номинальным напряжением 3 кВ

1.1.1 Штатный режим работы электропоезда

Электропоезд получает питание 3 кВ от контактной сети (КС) после подъема двух токоприемников 1.01.Х21, расположенных на крыше второго и четвертого вагонов (рисунок 1.3).

При поднятии токоприемников (ТКП) напряжение подается на определитель рода тока (ОРТ) 1.02.Т02, который осуществляет распознавание типа питания и подает сигнал в микропроцессорную систему управления и диагностики (МПСУиД). Далее МПСУиД подает сигнал на переключатель рода тока (ПРТ) 1.01.S01. При получении сигнала подвижный нож ПРТ переводится в положение 3 кВ, обеспечивая подключение соответствующей цепи силового оборудования. Далее напряжение подается на выключатель автоматический быстродействующий (ВАБ), который обеспечивает защиту высоковольтного оборудования электропоезда от токов короткого замыкания и недопустимых перегрузок. Подключение и отключение силовой цепи электропоезда к напряжению постоянного тока 3 кВ КС осуществляется после включения ВАБ 1.01.Q21.

ВАБ расположены в контейнерах на крышах второго и четвертого вагонов. Напряжение с ВАБ подается на тяговый преобразователь (ТП) и в шину 3 кВ, через дроссель сетевого фильтра (ДСФ) и вторичную обмотку главного трансформатора (ГТ) (последовательно включена в цепь при помощи контактора, расположенного в контейнере ТП). ДСФ и вторичные обмотки ГТ (рисунок 1.1) предназначены для уменьшения колебаний тягового тока и тока рекуперативного торможения, а также снижения токовых помех. При подключении ТП вначале происходит подключение цепей с резисторами предварительного заряда (расположенными в контейнере ТП), которые ограничивают ток заряда конденсаторов промежуточных контуров ТП (рисунок 1.2).

При достижении напряжения промежуточных контуров ТП номинального напряжения 3 кВ, контакторами (расположены внутри ТП) обеспечивается шунтирование резисторов предварительного заряда.

Напряжение с промежуточных контуров ТП подается на соответствующие тяговые импульсные автономные инверторы, которые обеспечивают регулирование момента двух параллельно подключенных асинхронных тяговых электродвигателей (ТЭД) 1.03.М11 – 1.03.М12 (1.03.М13 – 1.03.M14). Питание преобразователя собственных нужд (ПСН) 1.04.А22 осуществляется от одного промежуточного контура ТП.

В контейнере ВАБ расположены устройства измерения напряжения контактной сети, каждое из которых состоит из двух делителей напряжения 4.01.А24 и 4.01.А25 и преобразователя напряжения в код (ПНКВ-3) 4.01.UZ21. Устройства обеспечивают уменьшение уровня напряжения, а также его измерение и передачу полученного значения в МПСУиД по линии связи RS485.

На крыше второго и четвертого выгонов электропоезда дополнительно установлены ограничитель перенапряжений (ОПН) и заземлитель.

Ограничитель перенапряжений 1.01.F21 обеспечивает защиту высоковольтных цепей электропоезда от перенапряжений контактной сети.

Заземлитель 1.01.Q22 обеспечивает заземление высоковольтных цепей поезда при отключении ВАБ и опускании ТКП, для защиты обслуживающего персонала от поражения электрическим током.

1.1.2 Аварийный режим работы электропоезда

При выходе из строя оборудования токосъема одного из двух вагонов второго типа электропоезда, осуществляется размыкание ВАБ вагона с неисправным крышевым оборудованием. Далее питание тяговой секции с неисправным оборудованием токосъема осуществляется путем замыкания контакторов 3кВ 5.03.Q26, установленных во втором и четвертом вагонах. Питание тяговой секции с исправным крышевым оборудованием осуществляется по цепи описанной в пункте 1.1.1.

Питание тяговой секции с неисправным крышевым оборудованием осуществляется по следующей цепи (рисунок 1.4): напряжение от ТКП 1.01 .Х21 через ПРТ 1.01. SO 1 и через ВАБ 1.01 .Q21, исправной тяговой секции, подается на шину обогрева 3 кВ. Далее питание ТЭД обеспечивается от шины 3 кВ по цепи описанной в пункте 1.1.1.

 

1.1.3 Режим электродинамического торможения электропоезда

На электропоезде предусмотрено два режима электродинамического торможения: рекуперативное и реостатное торможение. В режиме электродинамического торможения осуществляется процесс возврата электрической энергии с ТЭД в КС.

В режиме электродинамического торможения, на участке железной дороги постоянного тока номинального напряжения 3кВ образуется следующая цепь: трехфазное напряжение переменного тока, генерируемое на обмотках статора ТЭД, поступает на расположенный в контейнере ТП тяговый импульсный автономный инвертор, выступающий в качестве выпрямителя.

Выпрямленное напряжение поступает на промежуточный контур. Напряжение промежуточного контура подается на вторичную обмотку ГТ и ДСФ, последовательно соединенных контактором, расположенным в контейнере ТП. С ДСФ и вторичной обмотки ГТ напряжение подается в КС по цепи, описанной в пункте 1.1.1, в обратном направлении.

Переход из режима рекуперативного торможения в режим реостатного торможения производится блоком управления преобразователем (БУП) без разбора силовой схемы. При достижении максимального напряжения промежуточного контура 3800 В тормозной регулятор подключает тормозные резисторы (рисунок 1.5) и часть электрической энергии от ТЭД преобразуется тормозными резисторами 1.01.R11, 1.01.R12 в тепловую энергию.

1.2 Силовые цепи в режиме тяги при питании электропоезда от сети переменного тока номинальным напряжением 25 кВ

1.2.1 Штатный режим работы электропоезда

При подключении электропоезда к КС образуется следующая цепь: ТКП 1.01.Х21; ПРТ 1.01.S01; ГВ 1.01.Q20; первичная обмотка ГТ 1.02.А23; вторичная обмотка ГТ 1 (2) 1.02.А23; ТП 1.02.А01: разъединитель сети, резистор предварительного заряда, четырехквадрантный регулятор, промежуточный контур ТП, инвертор; ТЭД 1.03 .М11 – 1.03.М12 (1.03 .М13 – 1.03 .М14) (рисунок 1.6).

Электрическое соединение между контактным проводом сети переменного тока напряжением 25 кВ и электрическим оборудованием электропоезда осуществляется через ТКП 1.01.Х21. В штатном режиме работы, питание электропоезда осуществляется подключением двух ТКП к КС, при этом питание КУ вагона 3 обеспечивается посредством замыкания контактора 5.03.Q26 на втором вагоне, по ходу движения. Подвижный нож ПРТ находится в положении 25 кВ. Контактор 5.03.Q26 на четвертом вагоне, по ходу движения разомкнут.

При поднятии ТКП напряжение подается на ОРТ 1.02.Т02, который осуществляет распознавание типа питания и подает сигнал в МПСУиД. Далее МПСУиД подает управляющий сигнал на ПРТ 1.01.S01. Подвижный нож ПРТ переведен в положение 25 кВ, обеспечивая подключение соответствующей цепи силового оборудования. Далее подается напряжение на ГВ 1.01 .Q20. Через ГВ прикладывается напряжение на первичную обмотку ГТ 1.02.А23 (см. Рисунок 1.1). На ГТ имеется 4 вторичные обмотки: №1 и №2 осуществляют питание ТП; №3 является дополнительной опцией и может использоваться как электромагнитный сетевой фильтр; №4 осуществляет питание шины обогрева.

Со вторичных обмоток №1 и №2 ГТ выходное напряжение номинальным значением 1668 В подается на четырехквадрантные регуляторы, расположенные в контейнере ТП. В режиме пуска ТП первоочередным этапом реализуется подключение цепей с резисторами предварительного заряда, которые ограничивают входные токи четырехквадрантных регуляторов и обеспечивают заряд конденсаторов промежуточных контуров ТП. При достижении напряжения промежуточных контуров ТП 3 кВ, контакторами (расположены внутри ТП) (на схемах не обозначены) обеспечивается шунтированием резисторов предварительного заряда.

Напряжение с промежуточных контуров ТП подается на соответствующие тяговые импульсные автономные инверторы, которые обеспечивают регулирование момента двух параллельно подключенных ТЭД. Питание ПСН 1.04.А22 осуществляется от одного промежуточного контура ТП.

1.2.2 Аварийный режим работы электропоезда

При выходе из строя оборудования токосъема одного из двух вагонов второго типа электропоезда, осуществляется размыкание ГВ 1.01.Q20 вагона с неисправным крышевым оборудованием. Далее питание тяговой секции с неисправным оборудованием токосъема осуществляется путем замыкания контактора 25 кВ 1.01.Q01, установленного на 3 вагоне. Питание тяговой секции с исправным крышевым оборудованием осуществляется по цепи описанной в пункте 1.2.1.

Питание ТЭД тяговой секции с неисправным крышевым оборудование осуществляется по следующей цепи: напряжение от ТКП 1.01.Х21 через ПРТ 1.01.S01 подается на ГВ 1.01.Q20 исправной тяговой секции, через крышевой разъединитель 25 кВ 1.01.Q01 и соединительные шины напряжение прикладывается к первичной обмотке ГТ 1.02.А23, далее питание силовой цепи осуществляется аналогично пункту 1.2.1 (рисунок 1.7).

1.2.3 Режим электродинамического торможения электропоезда

На электропоезде предусмотрено два режима электродинамического торможения: рекуперативное и реостатное торможение. В режиме электродинамического торможения осуществляется процесс возврата электрической энергии с ТЭД в КС.

В режиме электродинамического торможения, на участке железной дороги переменного тока номинального напряжения 25 кВ образуется следующая цепь: трехфазное напряжение переменного тока, генерируемое на обмотках статора ТЭД, поступает на расположенный в контейнере ТП тяговый импульсный автономный инвертор, выступающий в качестве выпрямителя. Выпрямленное напряжение поступает на промежуточный контур. Далее четырехквадрантный регулятор типа 4QS преобразует напряжение постоянного тока в однофазное напряжение переменного тока, которое прикладывается на вторичную обмотку ГТ. С ГТ однофазный ток возвращается в КС по цепи описанной в пункте 1.2.1, по обратному направлению.

Переход из режима рекуперативного торможения в режим реостатного торможения производится БУП без разбора силовой схемы. При достижении максимального напряжения промежуточного контура 3 кВ тормозной регулятор подключает тормозные резисторы и часть электрической энергии от ТЭД преобразуется тормозными резисторами 1.01.R11 и 1.01.R12 в тепловую энергию.

1.3 Шина обогрева

Шина обогрева 3 кВ проходит через все вагоны электропоезда. Между вагонами шина 3 кВ соединена при помощи межвагонных соединителей.

Шина обогрева 3 кВ осуществляет питание нагревательных элементов климатических установок (КУ) пассажирских салонов 5.03.А11 в режиме обогрева.

Секционирование шины 3 кВ осуществляется посредством одного из контакторов 5.03.Q26, находящихся в вагонах 2 и 4, позволяющее отключить часть вагонов в случае возникновения аварии в цепи, сохранив питание оставшейся части вагонов от другого ТКП. В штатном режиме работы электропоезда контактор 5.03.Q26 на втором вагоне, по ходу движения, замкнут, с целью обеспечения питанием КУ вагона 3.

1.3.1  Шина обогрева при питании от сети постоянного тока напряжением 3 кВ

При питании электропоезда от сети постоянного тока, ток на шину обогрева подается по следующей цепи: ТКП 1.01.Х21; ПРТ 1.01.S01; ВАБ 1.01.Q21; шина обогрева 3 кВ.

1.3.2 Шина обогрева при питании от сети переменного тока напряжением 25 кВ

При питании электропоезда от сети переменного тока напряжения 25 кВ ток на шину обогрева подается по следующей цепи: ТКП 1.01.Х21; ПРТ 1.01.S01; ГВ 1.01.Q20; первичная обмотка ГТ 1.02.А23; вторичная обмотка №4 ГТ; высоковольтный предохранитель 1.01.F04 (80 А); контактор 1.01.Q03; шина обогрева 3 кВ.

При эксплуатации электропоезда на железнодорожной сети переменного тока номинальным напряжением 25 кВ питание шины обогрева осуществляется замыканием контактора 1.01.Q03 через ГТ. ГТ преобразует переменное однофазное напряжение КС номинальным значением 25 кВ в переменное однофазное напряжение 3 кВ.

1.4 Цепи питания электропоезда от вспомогательного локомотива

Для возможности транспортировки электропоезда на не электрифицированных участках железной дороги с прицепленным в голове состава вспомогательным локомотивом, силовой схемой электропоезда предусмотрено подключение питания 3 кВ постоянного тока от силовой цепи локомотива (рисунок 1.8). Перед соединением силовой цепи электропоезда с локомотивом происходит замыкание контакторов 5.03.Q26 всех вагонов второго типа.

 

Для соединения высоковольтной цепи электропоезда с локомотивом на головных вагонах установлены 4 разъема для подключения питания 1.02.X11-1.02.Х14. Силовые кабели 3 кВ от электропоезда через разъемы питания 1.02.Х11 (1.02.Х12) (плюсовая шина) и 1.02.Х13 (1.02.Х14) (минусовая шина) подключаются к розеткам локомотива с соблюдением полярности.

При подключении электропоезда к локомотиву по однопроводной системе: плюсовая шина подключается к локомотиву, а минусовая шина соединена с токоотводящими устройствами:

• 1.05.ХА15 (расположено слева на 1 колесной паре 1 вагона);
• 1.05.ХА17 (расположено справа на 1 колесной паре 2 вагона);
• 1.05.ХА18 (расположено слева на 2 колесной паре 2 вагона).

При подключении электропоезда к локомотиву по двухпроводной системе: плюсовая и минусовая шины подключаются к локомотиву.

При подключении электропоезда к вспомогательному локомотиву, контакторы 1.02.Q01 и 1.02.Q02 разомкнуты. При нарушении полярности, входящие в данную цепь диоды 1.02.VD01-1.02.VD04 препятствуют прохождению тока по цепи, тем самым система измерения регистрируют отсутствие напряжения в цепи, что автоматически сигнализирует МПСУиД о нарушении полярности подключения.

На электропоезде разработана программная защита от одновременного подключения питания силовой электрической цепи электропоезда от контактной сети и внешнего источника напряжения 3 кВ.

Электрическая силовая цепь электропоезда отделена от силовых штепселей и розеток, подключения внешнего источника напряжения 3 кВ, контакторами 1.02.Q01 и 1.02.Q02.

Контактора замыкаются по команде МПСУиД при активации режима «Питание от локомотива» на экране УиД.

Режим «Питание от локомотива» устанавливается при выполнении следующих условий:

• включен ВУ;
• 2400 < U тепловоза < 3600В на ПНКВ1 или ПНКВ2 головного вагона;
• определен постоянный род тока 3 кВ;
• в ПЛС нет команды «Поднять ТКП», нет признака «ТКП поднят»;
• нет признака «БВ включен», «ГВ включен»;
• выключены заземлители на вагонах второго типа (разомкнуты контакторы 1.01.Q22, есть сигнал по проводу 3.1.01.040 БВС №2 А8);
• не установлен режим питания от внешнего источника 380В;
• нет запрета на включение БВ/ГВ от ТП всех вагонов (b62D3=1);
• нет требования на выключение БВ/ГВ от ТП всех вагонов (b60D1=0);
• с экрана монитора выбран один из режимов «Питание от локомотива – Эксплуатация» или «Питание от локомотива – Пересылка».

При установке режима «Питание от локомотива»:

• на пульте управления блокируются органы управления: КТТ; переключатели «БВ/ГВ», «Токоприемник»; кнопки «Включение СПТ», «Скорость +», «Скорость -»;
• МПСУиД устанавливает блокировку инверторов ТП во всех вагонах 1 типа (b40D4=1);
• блокируется работа СПТ и удерживающего тормоза.

Режим «Питание от локомотива» снимается при невыполнении любого из вышеприведенных условий, а также если выполняется любое из следующих условий:

• зафиксирован ток на шунте 4.01.RS24 более 250 А в течении 300 мс или более 500 А в течении 150 мс;
• при установленном признаке «двухпроводная схема подключения» зафиксирован суммарный ток на шунтах токоотвода 4.01.RS23 более 20 А в течение 1с.

Таким образом одновременное подключение питания силовой электрической цепи электропоезда от контактной сети и внешнего источника напряжения 3 кВ невозможно.

1.4.1 По отдельно разработанной эксплуатирующей организацией инструкции, допускается применение иных режимов эксплуатации электропоезда с подключением питания 3 кВ постоянного тока от силовой цепи локомотива.

1.5 Заземление электропоезда

В электропоезде, электромагнитная совместимость (ЭМС), защитное, рабочее заземления разделены. Все токопроводящие элементы, в случае неисправности электрооборудования, могут оказаться под напряжением выше 42 В переменного тока и выше 110 В постоянного тока, и соединены с кузовом подвижного состава напрямую или посредством заземляющего провода.

Все вагоны электропоезда соединены друг с другом посредством двух кабелей выравнивания потенциала. Между вагонами 2 и 3 установлен резистор 1.05.R02 для ограничения протекания тока по кузову вагона 3.

Защитное заземление всего корпуса электропоезда осуществляется подключением кузовов вагонов 2 и 4 посредством заземляющего кабеля непосредственно к буксовому устройству токоотведения 1.05.ХА19, расположенному справа на 3 колесной паре.

Рабочее заземление на электропоезде обеспечивается посредством подключения минусовой шины электропоезда к устройствам токоотведения:

• 1.05.ХА 15 (расположено на левой буксе 1 колесной пары 1 вагона;
• 1.05.ХА17 (расположено на правой буксе 1 колесной паре 2 вагона;
• 1.05.ХА 18 (расположено на левой буксе 2 колесной паре 2 вагона.

На правой буксе 4 колесной пары вагона первого типа подключен отсасывающий фильтр высокочастотных помех, состоящий из двух параллельно соединенных конденсаторов 1.05.С01 и 1.05.С02, емкостью 20 мкФ, для обеспечения отвода высокочастотного тока (рисунок 1.9).

 

1.6 Системы измерения электропоезда

1.6.1 Системы измерения при питании электропоезда от сети постоянного тока номинальным напряжением 3 кВ

Делители напряжения 4.01.А24 и 4.01.А25, а также ПНКВ 4.01.UZ21 являются устройствами контроля напряжения КС. Делитель напряжения 4.01.А24 преобразовывает входное высоковольтное напряжение максимальным значением 4 кВ в напряжение максимальным значением 75 мВ, которое измеряется ПНКВ 4.01.UZ21. Измеренное значение ПНКВ передается кодовым сигналом в МПСУиД (рисунок 1.10).

Измерительный шунт 4.01.RS22 с ПНКВ 4.01.UZ23 предназначены для измерения значения входного тока силовой цепи электропоезда. Измерительный шунт 4.01.RS22 подключен к силовой цепи электропоезда после ВАБ 1.01.Q21. Параллельно измерительному шунту 4.01.RS22 подключен ПНКВ 4.01.UZ23, измеряющий падение напряжения и передающий значение напряжения в МПСУиД. Далее МПСУиД высчитывает входной ток силовой цепи.

Измерительный шунт 4.01 .RS23 с и ПНКВ 4.01 .UZ24 предназначены для измерения значения выходного тока силовой цепи электропоезда. Измерительный шунт 4.01.RS23 подключен к силовой цепи электропоезда между минусовой шиной и токоотводами 1.05.ХА15, 1.05.ХА17 и 1.05.ХА18. Параллельно измерительному шунту 4.01.RS23 подключен ПНКВ 4.01.UZ24, измеряющий падение напряжения и передающий значение напряжение в МПСУиД. Далее МПСУиД высчитывает выходной ток силовой цепи.

Измерение входного и выходного токов позволяет измерить токи утечки при помощи МПСУиД.

1.6.2 Системы измерения при питании от сети переменного тока номинальным напряжением 25 кВ

Измерительный трансформатор 1.01.Т01, установленный в цепь параллельную силовой цепи, обеспечивает измерение напряжения КС и передачу значения напряжения КС в МПСУиД и БУП (рисунок 1.11).

 

Измерение входного тока силовой цепи обеспечивает трансформатор тока 1.01.Т03, установленный между ГВ и первичной обмоткой ГТ.

Для измерения выходного тока силовой цепи, электропоезд оборудован трансформатором тока 1.01 .Т04, установленный после первичной обмотки ГТ. Передача значений входного и выходного токов в МПСУиД, позволяет измерить токи утечки.

1.6.3 Системы измерения при питании электропоезда от вспомогательного локомотива

Измерительный шунт 4.01.RS24 с ПНКВ 4.01.UZ25 предназначены для измерения значения входного тока силовой цепи электропоезда при питании от вспомогательного локомотива. Измерительный шунт 4.01.RS24 подключен к силовой цепи электропоезда после контактора 1.02.Q01. В цепь параллельную измерительному шунту 4.01 .RS24 подключен ПНКВ 4.01 .UZ25, измеряющий падение напряжения и передающий значение напряжение в МПСУиД. Далее МПСУиД высчитывает входной ток силовой цепи.

Делители напряжения 4.01.А21 и 4.01.А22, а также ПНКВ 4.01.UZ20 и 4.01.UZ22 являются устройствами контроля напряжения, подаваемого от вспомогательного локомотива. Делитель напряжения 4.01.А21 преобразовывает входное высоковольтное напряжение максимальным значением 4 кВ в напряжение максимальным значением 75 мВ, которое измеряется ПНКВ 4.01.UZ20. Измеренное значение напряжения ПНКВ передается кодовым сигналом в МПСУиД. С целью резервирования системы измерения, применяются параллельно подсоединенные делитель напряжения 4.01.А22 и ПНКВ 4.01.UZ22 (рисунок 1.12).