Высоковольтное электрооборудование

4. Нагревательные элементы и приборы

 В системах электрического отопления могут применяться как отдельные нагревательные элементы, так и нагревательные приборы. Нагревательные приборы отличаются от электрических печей удлиненными размерами нагревательных элементов, не имеющими! специальных закрытых кожухов и состоящими из нескольких нагревательных элементов, соединенных между собой. В связи с различным напряжением для электрического отопления конструкция и типы нагревательных приборов и элементов также отличаются между собой. Принцип действия нагревательного элемента основан на нагреве проволочной спирали при прохождении по ней тока. Тепло от спирали передается в окружающую среду. В вагонах с централизованным электроснабжением от вагона-электростанции применены электрические печи различной мощности в зависимости от места расположения, мощности и назначения. Параметры электропечей приведены в табл. 10.



 Печи собраны из однотипных нагревательных элементов серии ЭТ. Каждая электропечь вагонов с централизованным электроснабжением состоит из различного числа нагревательных элементов 1 (рис. 16), соединенных перемычкой 3. Элементы крепятся на каркасе 2, соединенном с заземляющим болтом 4. Печи мощностью 0,72 кВт имеют защитный кожух.



Электрокалориферы вагонов типа ЦМобл-К и 61-435 предназначены для подогрева подаваемого вентилятором воздуха в вагон в зимний и переходный периоды года и состоят из двух секций мощностью по 10 кВт, напряжением 380 В. Нагревательные элементы типа ЭТ-100 электрокалорифера соединены в «звезду» последовательно по 10 шт. в каждой фазе. В сварном корпусе 1 (рис. 17) калорифера нагревательные элементы 3 крепятся с одной стороны к держателю 2, который одновременно служит заземлением, а с другой стороны соединены контактными шинами. Выводные зажимы 4 калорифера изолированы стеклянной ватой и асбестовой тканью 5. От нагрева калорифер защищен температурным реле типа ТР-200, отрегулированным на температуру срабатывания 100°С. Температурное реле установлено внутри конфузора у калорифера. При перегреве нагревательных элементов свыше 100 °С срабатывает цепь защиты и отключает калорифер. Восстановление работы калорифера возможно только после устранения неисправности



На модернизированных вагонах с электроотоплением установлены электропечи и электрокалориферы, указанные в табл. 10, собранные из нагревательных элементов типа ЭТ-80. Электропечи различают по месту установки (горизонтальные и вертикальные).



В каждой электропечи (рис. 18) независимо от типа различают корпус 1, соединенный из отдельных листов. Внутри корпуса установлены изоляторы 4, на которых скобами 6 крепятся нагревательные элементы 2, соединенные между собой перемычкой 3. Через зажимы 5 к нагревательным элементам подводится высокое напряжение.



Двухсекционный электрический калорифер (рис. 19) на вагонах типа ОЭВРЗ состоит из нагревательных элементов 2 типа ЭТ-80, размещенных на изоляторах 1, которые крепятся к каркасу 3. К торцовой стороне каркаса присоединена панель 4 с изоляционными перегородками 6. Панель закрывается крышкой 7 на болтах 8. Подвод проводов к нагревательным эле¬ментам осуществляется через патрубок 5.



Нагревательные элементы (ТЭНы) серии ЭТ (рис. 20) пред¬ставляют собой металлический корпус /, внутри которого нахо¬дится спираль 3 из сплава с высоким омическим сопротивлением (нихром, фехраль и т. п.). Пространство внутри корпуса заполня¬ется кварцевым песком 4. Концы спирали приваривают к стальным шпилькам 2, выступающим из корпуса. С торца корпус заливается стеклоэмалью 5, обеспечивающей герметичность элемента. Высту¬пающие из корпуса шпильки имеют контактные гайки и фарфоровые изоляторы 6. В вагоне типа 47Дэ вместо электропечей смонтированы нагре-вательные приборы различной мощности, параметры которых при¬ведены в табл. 10.



Нагревательные приборы (рис. 21) состоят из соединительных коробок / и нагревательных элементов 2, Количество элементов зависит от мощности прибора и может быть два или три. Нагревательные элементы по своей конструкции не отличаются от нагревательных элементов серии ЭТ, однако имеют другие га¬баритные размеры и выполнены из материалов по стандарту ГДР. В связи с выходом из строя на вагонах типа 47Дэ нагреватель¬ных приборов разработки ГДР на вагоноремонтных заводах нача¬лась замена этих приборов на отечественные электрические печи типа ПЭТ-24. При этом управление электрическим отоплением оста¬ется без изменения, а число групп отопления уменьшается до трех при сокращенном количестве электропечей и соблюдении температурного режима внутри вагона.
Для подогрева холодного воздуха при работе системы вентиляции установлен двухсекционный электрокалорифер мощностью по 13,5 и 4,5 кВт.



В электрокалорифере типа EELR4 (рис. 22) установлено 24 трубчатых нагревательных элемента 7, расположенных рядами по 6 шт. друг над другом равномерно по всей высоте воздушного канала. На концах элементов находятся изоляторы 7 и зажимы 6, через которые осуществляются электрические соединения. Изоляторы расположены снаружи боковой стенки кожуха 2 калорифера и снабжены металлическим колпаком 5, обеспечивающим их защиту от соприкосновения с токоведущими частями. Ввиду того что каждый нагревательный элемент калорифера рассчитан только на напряжение 500 В, а напряжение на калорифере 3000 В, элементы соединяются в соответствующие секции и группы. Сварной кожух 2 калорифера состоит из профильной рамы с усиленными боковыми стенками с отверстиями, через которые устанавливаются нагревательные элементы. Внутри электрокалорифера встроен специальный предохрани¬тель, срабатывающий при повышении температуры воздуха в электрокалорифере сверх 125 °С. Он состоит из рамы 9 с приваренной опорной плитой 10 с двумя изоляционными трубками 8, через которые подводятся два электрических провода 11 к пластинчатой вставке 3, находящейся над изоляционными трубками. Пластинчатая вставка расположена в самом высоком и теплом месте воздушного канала. При увеличении температуры в калорифере плавкая вставка расплавляется. Образуется короткое замыкание в цепи калорифера, вследствие чего сгорает высоковольтный предохранитель, разрывая цепь питания калорифера. Под пластинчатой вставкой к раме приварена улавливающая чаша 4, соединенная с корпусом вагона и предотвращающая попа¬дание расплавленного металла вставки в воздушный канал. На вагонах с электрическим отоплением типа 904А всех моди¬фикаций и 908А применяются также электрические печи и электрокалориферы с нагревательными элементами (см. табл. 10).



Электрические печи типа ОКу-86 (рис. 23) состоят из трех нагревательных элементов 4, соединенных последовательно и смонтированных в металлическом корпусе 3 на высоковольтных изоляторах 2. Кор¬пус закрыт кожухом 1, имеющим жалюзи для улучшения теплообмена. Нагреватель¬ный элемент выполнен из металлической трубки 5, внутри которой находится спи¬раль 6, окруженная кварцевым наполни- -телем 7. Под крышей всех вагонов типов 904А и  908А смонтирован электрокалорифер, сорифера типа EELRIВ стоящий из двух секций.



Конструкция электрокалорифера принципиально не отличается от калорифера типа ЕЕLR4 на вагонах типа 47Дэ, однако его мощность несколько увеличена и отсутствует предохранитель недостатка воздуха. Его роль играет специальное тепловое реле, уста-новленное в воздуховоде за калорифером. Дополнительное отопление на вагонах типов 47Кк и СКк-Д/32, 47КкК и габарита РИЦ напряжением 125 В постоянного тока состоит из электрического калорифера типа EELRIB и нагревательных элементов в купе и салонах вагонов-ресторанов. Электрический калорифер, несмотря на заниженное напряжение, имеет аналогич¬ную конструкцию, но увеличенные габа¬ритные размеры. Схема включения предохранителя перегрева воздуха (рис. 24) этого калорифера предусматривает разрыв цепи питания калорифера при повышении температуры в зоне калорифера сверх 70 °С. Для калориферной ветви отопления на вагонах типов 47Дк, 47Кк, 47КкК, СКк и СКк-Д/32 применяются магнитные клапаны типа NW32. На всех вагонах с комбинированным отоплением независимо от страны и завода постройки применяются унифицированные высоковольтные нагревательные элементы типа ННS2-0,5 разработки ГДР. Мощность каждого элемента состав¬ляет 2 кВт, а его рабочее напряжение — 500 В и максимальное — 670 В. Полная длина элемента 970 мм, наружный диаметр металлического кожуха 48 мм. Сопротивление в холодном состоянии (118+/- 2,5 Ом). Масса каждого элемента составляет 2,5 кг. Все элементы рассчита¬ны на длительную работу при номинальном напряжении на срок не менее 10 000 ч или не менее 4 лет. Места установки нагревательных элементов в котле на всех вагонах с комбинированным отоплением выполнены с учетом полной заменяемости элементов.



Высоковольтный нагревательный элемент (рис. 25) представляет собой металлический кожух 9, который отделен от кварцевой трубки 10 слоем графитового порошка 8. Металлический кожух защищает элемент от механических повреждений, а графитовый порошок и кварцевая трубка являются изоляционными слоями, причем графит служит также и дополнительной тепловой изоляцией. На несущий керамический стержень 11, состоящий из несколь¬ких по длине частей, навита нагревательная спираль 12 из прово¬локи «Канталь 050» диаметром 0,85 мм. Спираль допускает тем¬пературу на поверхности 1280 °С. Несущий керамический стержень 11 находится в кварцевой трубке 10, нижний конец которой закрыт. Концы нагревательной спирали присоединены к выводным зажимам 1 и 5 высоковольтного изолятора 3. Верхний, плюсовый конец нагревательной спирали сварен с дугозащитной пружиной 4, а нижний, минусовый конец приварен к обратному проводу 14 из проволоки «Канталь DSD» диаметром 2,5 мм. Обратный провод проходит через центральное отверстие несущего керамического стержня и ниппель 2. Для улучшения изоляционных свойств керамического стержня (между нагревательной спиралью и обратным проводом максимальное напряжение составляет 670 В) на обратный провод надеты изоляционные трубки 13 из керамики. Нижний конец обратного провода 14, выполненный в виде компенсирующей пружины, гарантирует прочное соединение отдельных частей несущего керамического стержня 11 при изменении длины обратного провода при нагревании. При возникновении электрической дуги внутри нагре¬ вательного элемента пружина 4 вызывает шунтирование нагревательной спирали 12 замыканием пружины 4 и зажима /. Высоковольтный нагревательный элемент устроен таким образом, что комплектную нагревательную вставку, состоящую из несущего керамического стержня 11 со спиралью 12 и изолятором 3, можно вынуть, отвернув болты 6 на фланце 7 изолятора, не демонтируя при этом защитный корпус, состоящий из кварцевой трубки 10 и металлического кожуха 9. Полость кварцевой трубки, т. е. пространство, в котором нахо¬дится нагревательная спираль, сообщается с атмосферой через от¬верстия в высоковольтном изоляторе. Благодаря этому при коротком замыкании нагревательного элемента или при перегорании спирали давление внутри не возникает. Тем самым исключается возможность взрыва или разрушения нагревательного элемента. Влага (конденсат), проникающая в полость кварцевой трубки, испаряется при включении нагревательного элемента. От коррозии металлический кожух защищен водо- и термостойким лаком, который наносят на слой грунтовки. Сверху лак три раза покрывают силиконовой краской «Серебряной» и кожух обжигают последовательно при температуре 130 и 200 °С.