RU2395146C2 - Система и способ устранения режима короткого замыкания на землю, который может возникнуть в системе электродвигателя - Google Patents
Система и способ устранения режима короткого замыкания на землю, который может возникнуть в системе электродвигателя Download PDFInfo
- Publication number
- RU2395146C2 RU2395146C2 RU2006115864/11A RU2006115864A RU2395146C2 RU 2395146 C2 RU2395146 C2 RU 2395146C2 RU 2006115864/11 A RU2006115864/11 A RU 2006115864/11A RU 2006115864 A RU2006115864 A RU 2006115864A RU 2395146 C2 RU2395146 C2 RU 2395146C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ground
- leakage current
- controller
- short circuit
- electric motor
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 5
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 claims abstract description 31
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 claims abstract 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 12
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 11
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 9
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 2
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
- B60L9/005—Interference suppression
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2200/00—Type of vehicles
- B60L2200/26—Rail vehicles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
Изобретение относятся к транспортной технике, в частности к устройствам для обнаружения и устранения режима короткого замыкания на землю, который может возникнуть в системе электродвигателя тягового транспортного средства. Устройство для детектирования и диагностики начинающегося короткого замыкания на землю содержит первое заземление системы электродвигателя, второе заземление системы электродвигателя, контроллер, предназначенный для осуществления управляющей стратегии для переключения между первым заземлением и вторым заземлением, монитор, предназначенный для текущего контроля тока утечки. Причем первое заземление образует путь заземления системы электродвигателя во время нормальной работы. Контроллер выполнен с возможностью управления переключением между первым и вторым заземлениями на основе контролируемого тока утечки. При этом монитор связан по меньшей мере с одним из первого и второго заземлений. Устройство для определения начинающегося короткого замыкания на землю в системе электродвигателя, имеющей множество контакторов, установленных либо в электрически замкнутое состояние, либо в электрически разомкнутое состояние, содержит контроллер, предназначенный для установки соответствующего контактора в разомкнутое состояние, монитор, предназначенный для мониторинга результирующей переходной характеристики сигнала в токе утечки. Технический результат заключается в предупреждении возникновения короткого замыкания на землю в электродвигателе электровоза. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к системам электродвигателей для тяговых транспортных средств, более конкретно к системе и способу для обнаружения и устранения режима короткого замыкания на землю, который может возникнуть в системе электродвигателя тягового транспортного средства.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В электровозах и перевозочных транспортных средствах, а также и других больших тяговых транспортных средствах, используемых для перевозки тяжестей (внешоссейные грузовики), обычно используется система электродвигателя, которая включает в себя различные электрические компоненты высокой мощности, такие как генераторы, выпрямители, преобразователи, тяговые двигатели, сетки динамического торможения, охлаждающие вентиляторы и т.п. Эти элементы могут повреждаться со временем из-за различных причин, причем одной из них является электрическое заземление, которое может быть вызвано повреждением изоляции. Например, электровозы могут работать в окружающей среде, подверженной изменениям, например замерзанию и таянию, которые могут повредить электрическую изоляцию посредством образования трещин. Система двигателя электровоза содержит много изолированных обмоток, и избыточный ток утечки может возникнуть со временем из-за различных факторов, таких как изнашивание, влажность, стирание, наросты грязи и т.п. Это особенно характерно для тяговых двигателей, так как влажность часто проникает в эти элементы из-за их местоположения и незащищенности от воздействия жестких условий окружающей среды. Отказы из-за избыточных электрических токов утечки в электрической системе электровозов являются ведущей причиной неисправностей системы и отказов электровоза.
Детекторы токов утечки использовались на многих видах электрического оборудования для защиты оборудования от ущерба, который мог бы возникнуть при наличии большого электрического тока, и/или для защиты персонала от травм, и имеются существенные промышленные предпосылки для текущего контроля тока утечки способами, используемыми в энергосистеме общего пользования или в промышленности. Короткие замыкания на землю могут происходить как результат короткого замыкания в любом из множества различных элементов системы. В электровозе такие элементы могут включать в себя систему привода двигателя, батареи и вспомогательное оборудование. В пределах системы привода двигателя короткие замыкания на землю могут происходить в одном или нескольких элементах, которые включают в себя генератор, выпрямитель, кабельную сеть, тяговый двигатель, резистор динамического тормоза и двигатель вентилятора.
Сложность при устранении условий заземления в электровозе заключается в том, что многие из таких условий могут быть по природе преходящими. Часто, когда происходит режим короткого замыкания на землю, действующая часть электрической системы деактивируется, и электровоз ставится в график текущего ремонта. Однако как только электровоз помещен в мастерскую для ремонта, система может больше не определять аномального заземления, и обслуживающий персонал не может идентифицировать источник короткого замыкания. Часто это обусловлено тем, что избыточный ток утечки вызывается влажностью в электрических элементах. К тому времени, когда электровоз помещен в мастерскую, влага высохла, что определяет устранение высоких токов утечки. Количество влаги, которая способна проникнуть в систему изоляции и привести к высоким токам утечки, часто зависит от состояния системы изоляции. Исправная система показывает относительно малое изменение тока утечки в результате изменения условий окружающей среды, тогда как система с нарушенной изоляцией может показывать большие изменения тока утечки в зависимости от влажности.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ввиду вышесказанного технической задачей настоящего изобретения является возможность раннего предупреждения о возникновении тока утечки (т.е. начинающегося короткого замыкания на землю) в электродвигателе электровоза, чтобы можно было предпринять действия прежде, чем произойдет неисправность, выводящая электровоз из строя, при этом желательно, чтобы действие позволило обеспечить возможность продолженной работы системы двигателя электровоза, чтобы электровоз мог вернуться на своей собственной энергии в сервисную мастерскую для тщательной проверки и ремонта.
Другой задачей изобретения является возможность определения в реальном времени конкретного оборудования, которое вызвало короткое замыкание на землю, когда этот режим происходит, чтобы обслуживающий персонал мог позже отыскать эту информацию и проводить работу на конкретном оборудовании, как только электровоз прибудет в сервисную мастерскую, не пытаясь воссоздать условия окружающей среды, которые, возможно, повлияли на возникновение короткого замыкания на землю, или не затрачивая ценных ресурсов и времени на диагностику свободного от короткого замыкания оборудования.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие преимущества изобретения раскрыты в нижеследующем описании предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 изображает принципиальную электрическую схему системы электродвигателя электровоза, выполненную с возможностью работать в «режиме движения», согласно изобретению;
фиг.2 - принципиальная электрическая схема системы электродвигателя на фиг.1, выполненная с возможностью работать в режиме «динамического торможения», согласно изобретению;
фиг.3 - диаграмма примерных испытательных сигналов, которые показывают идентифицируемые характеристики, которые могут использоваться для начинающегося короткого замыкания на землю с конкретным тяговым двигателем электровоза, согласно изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ
ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема электрической системы электровоза, которая содержит систему 20 электропривода постоянного тока. Система 20 содержит трехфазную электродвижущую машину 13 (которая может содержать двигатель или генератор). В описываемом варианте осуществления (фиг.1) система содержит генератор 13, соединенный звездой, управляемый основным двигателем, таким как дизельный двигатель (не показан). Тяговое усилие может регулироваться посредством изменения тока возбуждения, следовательно, выходного напряжения, генератора 13. Напряжение переменного тока от генератора 13 затем выпрямляется выпрямителем 26 для формирования напряжения постоянного тока. Тяговые двигатели 28 относятся к тяговым двигателям возбуждения постоянного тока, каждый из которых содержит арматуру 30 и обмотку 32 возбуждения. Обычно имеется четыре или шесть тяговых двигателей в системе 20 привода двигателя электровоза в зависимости от приложений, подключенных параллельно шине 34 постоянного тока через источник постоянного тока.
На фиг.1 дополнительно показана сетка 40 торможения, содержащая резисторы, которые могут быть использованы во время динамического торможения электровоза для перевода электрической энергии в тепловую энергию. Один или несколько приводов 42 вентиляторов также подключены к шине 34 постоянного тока. Приводы вентиляторов могут иметь множественные скорости, которые обеспечивают регулируемую циркуляцию охлаждающего воздуха к сеткам 40 торможения и тяговым двигателям 28. Хотя описание текущего контроля тока утечки, содержащееся здесь, дано в контексте системы двигателя для типичного электровоза электропривода постоянного тока, предусматривается, что способы, описанные ниже, также применимы к системам электровоза электропривода переменного тока, так как изобретение не ограничено каким-либо конкретным типом системы электродвигателя. Кроме того, предусматривается, что аспекты данного изобретения применимы не только к электровозам, но к любому типу больших, тяговых транспортных средств, снабженных системой электродвигателя, таких как перевозочные транспортные средства и внедорожные транспортные средства.
На фиг.1 показано первое заземление 11 для системы 20 электродвигателя. Это первое заземление формирует путь заземления, например, от нейтрального узла 12 в генераторе 13 к каркасу электровоза (земле), который может использоваться системой электродвигателя во время нормальной работы для электрического заземления, например для пропускания тока утечки. Первое заземление может быть выбрано для повышения детектируемости или обнаружения начинающегося короткого замыкания на землю в системе двигателя. Например, в случае когда первое заземление является подключением нейтрального узла, этот узел обеспечивает соответствующую электрическую видимость для целой системы с пониманием того, что одно потенциальное слепое пятно может возникнуть в генераторе в точке, электрически приближенной к нейтральной точке 12 (или в ней). Таким образом, подключение нейтрального узла может быть выбрано в качестве заземления во время нормальной работы, например, когда не подозревается никакого короткого замыкания.
В одном варианте осуществления ток утечки может контролироваться устройством 15 текущего контроля в параллельной цепи с импедансом 14 (например, резистором 10 Ом), которое подключено к контроллеру 16 таким образом, что предупреждения, выключения или соответствующие действия переключения заземления, описанные более подробно ниже, могут быть активированы, когда ток утечки достигает заданного предела тока утечки. Хотя описание относится к току утечки, ясно, что ток утечки пропорционален напряжению утечки, поэтому либо ток, либо напряжение может использоваться как сигнал утечки.
В соответствии с аспектами данного изобретения в случае, когда уровень тока утечки превышает заданный предел тока утечки, реле 17 срабатывает в ответ на переключающий сигнал от контроллера 16 для переключения заземления системы электродвигателя от первого заземления ко второму заземлению 18. Второе заземление предпочтительно образует путь заземления при относительно более низком напряжении, чем напряжение в пути заземления, образованном первым заземлением.
Было установлено авторами изобретения, что обеспечение второго заземления может преимущественно дать возможность продолженной работы системе двигателя электровоза, чтобы обеспечить возможность вернуться в сервисную мастерскую для выполнения проверок и ремонтов. Кроме того, использование второго заземления вместо первого заземления позволяет избежать потенциального увеличения начинающегося короткого замыкания на землю, когда электровоз выходит из строя. Это позволяет получить значительное преимущество над известными способами, поскольку традиционно как только обнаружен режим короткого замыкания на землю, например ток утечки достигает величины порядка 0,5 А, система управления отключает систему двигателя электровоза, чтобы избежать существенного вреда, который может быть нанесен оборудованию, если режим короткого замыкания на землю увеличится в полностью развитое короткое замыкание на землю, когда величина тока утечки потенциально достигнет сотен Ампер.
Второе заземление 18 установлено в отрицательном проводе шины постоянного тока. Однако второе заземление может быть установлено в любом одном из первого и второго проводов напряжения шины постоянного тока, например положительном или отрицательном проводах. Можно выбрать в качестве второго заземления любой узел цепи, который обеспечивает путь заземления при относительно более низком напряжении, чем напряжение в пути заземления, образованном первым заземлением. Множество возможных точек заземления необязательно ограничено двумя точками.
Система 20 электродвигателя дополнительно содержит множество контакторов 201-206, которые могут быть индивидуально установлены в электрически замкнутое состояние или в электрически разомкнутое состояние. В замкнутом состоянии соответствующий контактор электрически подключен в цепь одного из тяговых двигателей 28 для приема напряжения от шины постоянного тока.
В соответствии с дополнительными аспектами данного изобретения перед переключением на второе заземление можно выполнить тестовую последовательность, которая позволяет определить, какой конкретный тяговый двигатель может испытывать режим начинающегося короткого замыкания на землю. Например, можно первоначально установить контактор 201 (или любой из других контакторов 202-206 в системе двигателя) из замкнутого состояния в разомкнутое состояние и контролировать результирующую переходную характеристику сигнала в токе утечки. Авторами изобретения было определено, что характеристика в контролируемом переходном сигнале ответа может указывать на наличие начинающегося короткого замыкания на землю соответствующего тягового двигателя, связанного с этим контактором. Например, изменение в контакторе от замкнутого состояния к разомкнутому состоянию может индуцировать реакцию L di/dt (например, изменение тока по времени при наличии полного сопротивления с индуктивной реактивной составляющей) в поврежденном пути цепи, например тяговом двигателе. В частности, цепь, которая вызывает ток утечки, может создать заметный выброс на сигнале тока утечки при осуществлении такой реакции L di/dt. Этот выброс может быть легко распознан, и соответствующая информация о коротком замыкании может быть зарегистрирована в памяти в отношении конкретного тягового двигателя.
Следует отметить, что повторное подключение точки отсчета заземления в любой электрической системе может иметь различный эффект. Один состоит в сдвиге потенциала относительно заземления в различных местоположениях в цепи. Это может выгодно изменить рабочее напряжение системы (систем) изоляции. Например, уменьшение рабочего напряжения может эффективно уменьшить необходимость в электрической изоляции и, таким образом, уменьшить ток утечки, который мог бы развиться в любой точке повреждения изоляции. Уменьшение тока в свою очередь может выгодно уменьшить скорость накопления повреждения в точке короткого замыкания. Уменьшенная скорость повреждения может позволить, чтобы прошло дополнительное время перед достижением функционального отказа оборудования. Дополнительное время в свою очередь может позволить высохнуть любым связанным с влажностью путям утечки.
В общем, любая электрическая система с фиксированным местоположением заземления цепи и способ детектирования короткого замыкания на землю, ограниченный измерением тока утечки в этом фиксированном местоположении, не будут обеспечивать детектирование заземлений в цепи, которые находятся при относительно низком потенциале относительно точки заземления системы. Например, для нейтрального заземления генератора переменного тока (фиг.1), любые повреждения изоляции, которые происходят в точке цепи, электрически примыкающей к нейтральному узлу 12 генератора переменного тока (или в нем), не будут детектироваться, если использовать способ детектирования заземления известного уровня техники, которые основаны на фиксированном местоположении заземления. Преимуществом данного изобретения является то, что наличие возможности избирательно переключать точку заземления на одно или несколько электрически различных местоположений, по существу, позволяет осуществлять детектирование неисправности изоляции в любой точке в цепи. Слепые пятна для детектирования короткого замыкания на землю, по существу, могут быть устранены. Например, в одном варианте осуществления данного изобретения, можно время от времени (даже в отсутствие указания на избыточный ток утечки) переключаться с первого заземления 11 на второе заземление 18. Если во втором заземлении ток утечки не обнаружен, то это указывает на то, что везде в цепи короткие замыкания на землю отсутствуют. Если, однако, обнаружен избыточный ток утечки во втором заземлении, то это указывает на начинающееся короткое замыкание на землю, электрически приближенное к нейтральному узлу 12. Действие по переключению может быть выполнено, например, один раз в неделю, каждую вторую неделю и т.д. Таким образом, периодическое переключение заземлений позволит устранить возможность начинающегося короткого замыкания на землю, которое могло бы развиться в электрически слепом пятне относительно первого заземления. Это также является одним примером определения местоположения короткого замыкания на землю на основе тока утечки, которое может развиться в различных заземлениях цепи.
Ниже описан другой пример определения местоположения короткого замыкания на землю, основанный на эффекте тока утечки, который может развиться в различных заземлениях цепи. Если предположить, что детектирование тока утечки происходит в первом заземлении, и дополнительно предположить, что после переключения на второе заземление 18 ток утечки также имеет место во втором заземлении, то это указывает на начинающееся короткое замыкание на землю, электрически приближенное к положительному проводу шины постоянного тока. Таким образом, анализ контролируемого тока утечки может быть выполнен для получения диагностической информации относительно начинающегося короткого замыкания на землю, такой как определение вероятного местоположения короткого замыкания на землю в цепи.
Следует отметить, что если потенциал в заданном местоположении цепи уменьшен, то это может повлиять на рабочее напряжение в других точках цепи, например, может привести к более высокому рабочему напряжению. Более высокое напряжение в свою очередь может увеличить напряжение изоляции для этих других местоположений цепи. Соответственно, эти случаи следует рассматривать в стратегии переключения точки соединения. Например, одним путем адресации может быть уменьшение напряжения, например, уменьшенного возбуждения генератора, или уменьшенные периоды работы могут быть вызваны при более высоких потенциалах. Для варианта осуществления цепи, когда заземление переключается от нейтрального узла 12 к отрицательной шине постоянного тока, напряжение заземления может значительно возрасти в нейтральном узле и также в арматуре тягового двигателя. Для этого варианта осуществления падение напряжения через возбуждение двигателя является относительно низким по сравнению с падением через арматуру 28. В общем, большинство схем цепей работают при использовании первичной точки заземления, подлежащей использованию во время режима исправной цепи. На вторичную точку заземления можно переключиться для диагностических целей, например увеличения напряжения в различных местоположениях цепи.
Как отмечалось выше, диагностическая информация может быть получена из эффектов, которые могут иметь место в токе утечки, когда точка заземления системы переключается от одной точки к другой. Обычно, если ток утечки уменьшается для данного уровня напряжения системы, то короткое замыкание на землю вероятно в местоположении, которое имеет уменьшение потенциала в результате переключения соединения.
Контакторы и связанное распределительное устройство показаны на фиг.1 в конфигурации «работы». В этом случае типичным максимальным напряжением через тяговые двигатели последовательного соединения является напряжение около 1250 В постоянного тока. Обычно около 15-30 В постоянного тока пройдет через основное поле, отметим, что сопротивление и/или падение напряжения изменяется с температурой обмотки. Это означает, что большая часть напряжения шины постоянного тока пройдет через арматуру 28 тяговых двигателей. Если нейтраль генератора является точкой заземления, то как арматура, так и поля тягового двигателя покажут максимальное фазное напряжение относительно заземления. Если заземление переключается к месту, электрически приближенному к отрицательной шине, то поля (основное и коммутирующее) покажут уменьшение рабочего напряжения к заземлению до около 20-30 В постоянного тока, тогда как арматура покажет приблизительно удвоенное фазное напряжение. В этом случае обмотка генератора переменного тока может также выдерживать удвоенное фазное напряжение к заземлению в ее наиболее крайних конечных точках. Было обнаружено, что тяговые двигатели постоянного тока испытывают неисправность изоляции в их основной или коммутирующей обмотке возбуждения более часто, чем в обмотке арматуры. Это может быть обусловлено различными причинами, включая сохранение влажности в каркасе тягового двигателя и другие факторы. Ввиду вышеприведенных характеристик относительно типичного местоположения неисправностей изоляции указанное переключение заземления имеет сопутствующие практические преимущества для этого приложения, хотя следует понимать, что преимущества не ограничены этим приложением.
На фиг.2 показан вариант осуществления системы двигателя, как на фиг.1, за исключением того, что контакторы и соответствующее распределительное устройство показаны в конфигурации «динамического торможения». Соответственно аспекты данного изобретения могут использоваться независимо от режима работы системы двигателя, например двигателя, динамического торможения и самозагрузки. Как ясно специалисту в данной области техники, самозагрузка относится к тестовому режиму, в котором тяговая система работает без приведения в движение электровоза. Генерируемая электрическая энергия рассеивается в мощных резисторных сетках вместо использования для управления тяговыми двигателями электровоза.
На фиг.3 представлена диаграмма испытательных сигналов, которые могут использоваться для описания понятий, которые позволяют соотнести начинающееся короткое замыкание на землю с конкретным тяговым двигателем. Сигнал 60 представляет ток утечки, сигнал 62 представляет испытательный сигнал, связанный с тяговым двигателем, испытывающим режим начинающегося короткого замыкания на землю, и сигнал 64 представляет испытательный сигнал, связанный с тяговым двигателем, свободным от какого-либо короткого замыкания на землю. Во время Т1 контактор, связанный с тяговым двигателем с начинающимся коротким замыканием на землю, устанавливается в разомкнутое состояние. Во время Т2 контактор, связанный с тяговым двигателем, свободным от какого-либо короткого замыкания на землю, устанавливается в разомкнутое состояние. Сравним существенный выброс 66, который развивается в токе утечки, по существу, во время Т1 из-за индуцированного контактором перехода, с отсутствием какого-либо выброса в токе утечки после времени Т2.
Предположим, что установка контактора 201 в разомкнутое состояние не вызывает переходной характеристики сигнала в токе утечки, тогда тестовая последовательность может быть продолжена для остающихся тяговых двигателей. Например, тогда можно установить контактор 202 в разомкнутое состояние и контролировать результирующую переходную характеристику сигнала в токе утечки. В этом случае в токе утечки детектируется переходная характеристика сигнала (например, выброс), при этом соответствующее короткое замыкание может быть зарегистрировано в памяти по отношению к конкретному тяговому двигателю. Эта информация может быть восстановлена позже обслуживающим персоналом и позволит обслуживающему персоналу сфокусироваться на конкретном тяговом двигателе. Это может сэкономить значительное время для диагностики, так как обслуживающий персонал может сфокусировать внимание на одном тяговом двигателе, а не иметь дело с множеством тяговых двигателей.
Хотя здесь были показаны и описаны предпочтительные варианты осуществления данного изобретения, ясно, что эти варианты указаны только в качестве примера. Предполагается, что изобретение ограничено только сущностью и объемом прилагаемой формулы изобретения.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
Номер части | Название |
11 | первое заземление |
12 | нейтральный узел |
13 | генератор |
14 | импеданс |
15 | устройство текущего контроля |
16 | контроллер |
17 | реле |
18 | второе заземление |
20 | система двигателя |
201-206 | контакторы |
26 | выпрямитель |
28 | тяговые двигатели |
30 | арматура |
32 | обмотка возбуждения |
34 | шина постоянного тока |
40 | сетки торможения |
42 | двигатели вентилятора |
Claims (12)
1. Устройство для детектирования и диагностики начинающегося короткого замыкания на землю в системе электродвигателя тягового транспортного средства, содержащее первое заземление (11) системы электродвигателя, образующее путь заземления системы электродвигателя во время нормальной работы, контроллер (16), предназначенный для осуществления управляющей стратегии для переключения между первым заземлением и вторым заземлением (18), монитор (15), предназначенный для текущего контроля тока утечки, связанного по меньшей мере с одним из первого и второго заземлений, при этом контроллер выполнен с возможностью управления переключением между первым и вторым заземлениями на основе контролируемого тока утечки, связанного по меньшей мере с одним из первого и второго заземлений.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит компаратор для сравнения уровня тока утечки, связанного с первым заземлением, с заданным уровнем тока утечки, при этом уровень тока, превышающий заданный уровень тока утечки, служит критерием начинающегося короткого замыкания на землю в системе электродвигателя, а контроллер предназначен для генерации возбуждающего сигнала для переключения от первого заземления на второе заземление в случае, если уровень тока утечки превышает заданный уровень тока утечки, причем второе заземление образует путь заземления при более низком напряжении, чем путь заземления, образованный первым заземлением, для предотвращения потенциального увеличения начинающегося короткого замыкания на землю при выведении транспортного средства из строя.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система электродвигателя дополнительно содержит генератор (13), а первое заземление подключено к электрически нейтральному узлу (12) упомянутого генератора.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контроллер выполнен с возможностью периодического переключения от первого заземления ко второму заземлению даже при отсутствии какого-либо избытка в токе утечки, связанном с упомянутым первым заземлением, при этом периодическое переключение предназначено для детектирования начинающегося короткого замыкания на землю, находящегося в местоположении, которое является электрически слепым местоположением для детектирования упомянутого начинающегося короткого замыкания на землю.
5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что система электродвигателя дополнительно содержит выпрямитель (26), электрически подключенный для приема напряжения переменного тока от генератора и вывода напряжения постоянного тока к шине постоянного тока, содержащей первый провод и второй провод, каждый из которых имеет различное напряжение, причем каждый из первого и второго проводов напряжения соответственно подключен по меньшей мере к одному или нескольким тяговым двигателям системы двигателя, при этом второе заземление подключено к одному из первого и второго проводов шины постоянного тока.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что система электродвигателя дополнительно содержит множество контакторов (201-206), которые установлены либо в электрически замкнутое состояние, либо в электрически разомкнутое состояние, при этом в замкнутом состоянии соответствующий один из контакторов электрически подключен последовательно с соответствующим одним из тяговых двигателей для приема напряжения от шины постоянного тока, а устройство дополнительно содержит контроллер, выполненный с возможностью установки соответствующего контактора в разомкнутое состояние и дополнительно выполнен с возможностью мониторинга результирующей переходной характеристики сигнала тока утечки и определения, указывает ли контролируемая переходная характеристика сигнала на наличие начинающегося короткого замыкания на землю для соответствующего одного из тяговых двигателей.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что контроллер дополнительно выполнен с возможностью возврата соответствующего одного из контакторов в замкнутое состояние и установки другого одного из соответствующих контакторов в разомкнутое состояние, при этом упомянутый другой контактор электрически связан с другим одним из тяговых двигателей в замкнутом состоянии, а контроллер выполнен с возможностью мониторинга результирующей переходной характеристики сигнала в токе утечки и определения, указывает ли упомянутая описанная последней переходная характеристика сигнала на наличие начинающегося короткого замыкания на землю для другого одного из тяговых двигателей.
8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что контроллер выполнен с возможностью регистрации в памяти соответствующего одного из тяговых двигателей, в котором начинается короткое замыкание на землю.
9. Устройство по п.2, отличающееся тем, что контроллер выполнен с возможностью переключения обратно на первое заземление в случае, если уровень тока утечки вновь становится ниже предела тока утечки по меньшей мере в течение заданного периода времени.
10. Устройство для определения начинающегося короткого замыкания на землю в любом одном из множества тяговых двигателей (28) в системе электродвигателя электровоза, в котором упомянутая система электродвигателя дополнительно содержит множество, контакторов (201-206), соответственно установленных либо в электрически замкнутое состояние, либо в электрически разомкнутое состояние, при этом в замкнутом состоянии соответствующий один из контакторов электрически подключен в последовательную цепь с соответствующим одним из тяговых двигателей для приема напряжения от шины постоянного тока, при этом устройство содержит контроллер (16), предназначенный для установки соответствующего контактора в разомкнутое состояние и монитор (15), предназначенный для мониторинга результирующей переходной характеристики сигнала в токе утечки и для определения того, указывает ли контролируемая переходная характеристика сигнала на присутствие начинающегося короткого замыкания на землю в соответствующем одном из тяговых двигателей.
11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что контроллер выполнен с возможностью возврата соответствующего одного из контакторов в замкнутое состояние в случае, если результирующая переходная характеристика сигнала не появляется в токе утечки, и дополнительно с возможностью установки другого одного из соответствующих контакторов в разомкнутое состояние, причем другой контактор электрически связан с другим одним из тяговых двигателей в замкнутом состоянии, при этом монитор выполнен с возможностью текущего контроля результирующей переходной характеристики сигнала в токе утечки и определения того, указывает ли последняя переходная характеристика сигнала на наличие начинающегося короткого замыкания на землю в одном из тяговых двигателей.
12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что контроллер выполнен с возможностью сохранения в памяти начинающегося короткого замыкания на землю в одном из тяговых двигателей.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US11/126,801 US7344202B2 (en) | 2005-05-11 | 2005-05-11 | System and method for dealing with ground fault conditions that can arise in an electrical propulsion system |
US11/126,801 | 2005-05-11 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006115864A RU2006115864A (ru) | 2007-11-20 |
RU2395146C2 true RU2395146C2 (ru) | 2010-07-20 |
Family
ID=37418450
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006115864/11A RU2395146C2 (ru) | 2005-05-11 | 2006-05-10 | Система и способ устранения режима короткого замыкания на землю, который может возникнуть в системе электродвигателя |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US7344202B2 (ru) |
CA (1) | CA2545206A1 (ru) |
RU (1) | RU2395146C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2592066C2 (ru) * | 2012-02-29 | 2016-07-20 | Абб Текнолоджи Лтд | Система электропитания постоянного тока с возможностью защиты системы |
RU2648494C1 (ru) * | 2014-03-31 | 2018-03-26 | Сименс Акциенгезелльшафт | Способ эксплуатации параллельных вспомогательных преобразователей в рельсовом транспортном средстве |
Families Citing this family (32)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7344202B2 (en) * | 2005-05-11 | 2008-03-18 | General Electric Company | System and method for dealing with ground fault conditions that can arise in an electrical propulsion system |
US7501830B2 (en) * | 2006-03-21 | 2009-03-10 | General Electric Company | Method, apparatus and computer-readable code for detecting an incipient ground fault in an electrical propulsion system |
US7498820B2 (en) * | 2006-03-21 | 2009-03-03 | General Electric Company | Method, apparatus and computer-readable code for detecting an incipient ground fault in an electrical propulsion system |
US7498819B2 (en) * | 2006-03-21 | 2009-03-03 | General Electric Company | Method, apparatus and computer-readable code for detecting an incipient ground fault in an electrical propulsion system |
US7248057B1 (en) * | 2006-03-21 | 2007-07-24 | General Electric Company | Method, apparatus and computer-readable code for detecting on the fly an incipient ground fault in an electrical propulsion system of a locomotive |
US7847424B2 (en) * | 2007-06-12 | 2010-12-07 | General Electric Company | Circuit and method for reducing a voltage being developed across a field winding of a synchronous machine |
DE102008009512A1 (de) * | 2008-02-15 | 2009-09-03 | Bombardier Transportation Gmbh | Versorgung von Hilfsbetrieben in einem Schienenfahrzeug mit elektrischer Energie |
US20100213952A1 (en) * | 2009-02-20 | 2010-08-26 | Anthony Locker | Methods and Apparatuses for Determining Charging Current in Electrical Power Systems |
FR2950977B1 (fr) * | 2009-10-02 | 2011-10-28 | Airbus Operations Sas | Element de vehicule, par exemple d'aeronef, comportant des cables electriques, et vehicule, par exemple aeronef, comprenant un tel element |
CN101837736B (zh) * | 2010-04-16 | 2012-03-07 | 株洲高新技术产业开发区壹星科技有限公司 | 一种电力机车供电系统漏电流检测方式及装置 |
USRE48775E1 (en) | 2010-07-20 | 2021-10-12 | Techhold, Llc | Self-testing features of sensing and control electronics for a power grid protection system |
US8698504B2 (en) * | 2010-10-09 | 2014-04-15 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | System for detection of a ground fault in a high resistance ground network |
US20120147508A1 (en) * | 2010-12-08 | 2012-06-14 | Caterpillar Inc. | Three phase multi-generator ground fault circuit |
US20140049264A1 (en) * | 2011-03-31 | 2014-02-20 | Meena Ganesh | Prognostics system and method for fault detection in electrical insulation |
CN102255285B (zh) * | 2011-06-27 | 2014-04-16 | 株洲南车时代电气股份有限公司 | 一种交直内燃机车电动机换向保护方法及装置 |
US8823293B2 (en) * | 2011-12-19 | 2014-09-02 | Progress Rail Services Corp | Traction motor drive system for a locomotive |
US8820248B2 (en) * | 2011-12-19 | 2014-09-02 | Progress Rail Services Corp | Continuously variable dynamic brake for a locomotive |
US9564753B2 (en) * | 2012-05-21 | 2017-02-07 | Emprimus, Llc | Transformer protection circuit and method |
US9136693B1 (en) * | 2013-02-26 | 2015-09-15 | Reliance Controls Corporation | Generator with selectively bonded neutral connection |
US9065270B2 (en) * | 2013-02-26 | 2015-06-23 | Caterpillar Inc. | Ground fault protection systems and methods |
US9689910B2 (en) | 2013-06-10 | 2017-06-27 | Wabtec Holding Corp. | Detecting faults in a two-wire power line |
DE102015006225B4 (de) * | 2014-07-14 | 2023-05-04 | Liebherr-Mining Equipment Colmar Sas | Arbeitsmaschine, insbesondere Muldenkipper oder Truck |
CN104442842A (zh) * | 2014-11-05 | 2015-03-25 | 株洲南车时代电气股份有限公司 | 一种机车换向保护方法及装置 |
EP4297217A3 (en) | 2015-01-06 | 2024-03-13 | TechHold, LLC | Systems and methods for actuating a transformer neutral blocking system |
US9431941B1 (en) * | 2015-02-12 | 2016-08-30 | General Electric Company | Method and apparatus for detecting alternator rectifier diode short fault |
CN105416311B (zh) * | 2015-11-28 | 2018-09-04 | 中车大连机车车辆有限公司 | 机车紧急制动时柴油机调速保护装置 |
JP6680231B2 (ja) * | 2017-01-27 | 2020-04-15 | 株式会社デンソー | 回転電機制御装置 |
US10985559B2 (en) | 2017-02-03 | 2021-04-20 | Techhold Llc | Method and system for improved operation of power grid components in the presence of direct current (DC) |
US11451047B2 (en) | 2017-03-30 | 2022-09-20 | Techhold, Llc | Protection of electrical devices based on electromagnetic pulse signal |
DE202018104044U1 (de) * | 2018-07-13 | 2019-10-15 | Wago Verwaltungsgesellschaft Mbh | Erdleiter-Überwachung |
US11068038B2 (en) * | 2019-09-20 | 2021-07-20 | Dell Products L.P. | System and method for using current slew-rate telemetry in an information handling system |
CN112231623B (zh) * | 2020-10-13 | 2022-12-02 | 广州市扬新技术研究有限责任公司 | 轨道交通牵引供电系统的接触网参数计算方法 |
Family Cites Families (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5245495A (en) * | 1990-09-18 | 1993-09-14 | General Electric Company | Automatic flashover protection for locomotive traction motors |
GB9202666D0 (en) * | 1992-02-07 | 1992-03-25 | Madge Networks Ltd | Communication system |
US5508872A (en) * | 1994-01-24 | 1996-04-16 | Ford Motor Company | Circuit for ground fault detection and switching |
US5648723A (en) * | 1994-05-09 | 1997-07-15 | Adb-Alnaco, Inc. | Method and apparatus for separating and analyzing composite AC/DC waveforms |
US5528445A (en) * | 1994-09-23 | 1996-06-18 | General Electric Company | Automatic fault current protection for a locomotive propulsion system |
US6081122A (en) * | 1995-06-09 | 2000-06-27 | Bausch & Lomb Surgical, Inc. | Electrical ground fault detection apparatus |
SE515108C2 (sv) * | 1996-05-29 | 2001-06-11 | Abb Ab | Anläggning för kraftöverföring med hjälp av högspänd likström |
US5990686A (en) * | 1996-06-18 | 1999-11-23 | Vokey; David E. | Method and apparatus for locating resistive faults in communication and power cables |
US5768079A (en) * | 1996-09-25 | 1998-06-16 | Cooper Industries, Inc. | Adaptive ground and phase fault detection for a power distribution system |
US5945802A (en) * | 1996-09-27 | 1999-08-31 | General Electric Company | Ground fault detection and protection method for a variable speed ac electric motor |
US5877926A (en) * | 1997-10-10 | 1999-03-02 | Moisin; Mihail S. | Common mode ground fault signal detection circuit |
US5982593A (en) * | 1998-05-12 | 1999-11-09 | Eaton Corporation | Circuit interrupter with test actuator for ground fault and arc fault test mechanisms |
US6002563A (en) * | 1998-09-03 | 1999-12-14 | Electronic Theatre Controls, Inc. | Plug-in power module incorporating ground-fault detection and reporting |
US6318160B1 (en) * | 1998-11-09 | 2001-11-20 | General Electric Company | Testing a power plant system of a locomotive under a thermally steady state |
US6421618B1 (en) * | 1998-12-28 | 2002-07-16 | General Electric Company | Incipient leakage current fault detection apparatus and method |
US6288372B1 (en) * | 1999-11-03 | 2001-09-11 | Tyco Electronics Corporation | Electric cable having braidless polymeric ground plane providing fault detection |
RU2263925C2 (ru) * | 2000-11-08 | 2005-11-10 | Дженерал Электрик Компани | Устройство и способ обнаружения короткого замыкания на землю и вычисления его сопротивления |
US6781808B2 (en) * | 2001-04-06 | 2004-08-24 | General Electric Company | Method for detecting electrical faulty conditions in power devices of a propulsion system |
US7035065B2 (en) * | 2002-04-02 | 2006-04-25 | General Electric Company | Electrical ground isolation and secondary failure reduction detection and isolation |
US6798210B2 (en) * | 2002-11-07 | 2004-09-28 | General Electric Company | Speed sensitive field ground detection mode for a generator field winding |
US6829556B2 (en) * | 2003-02-13 | 2004-12-07 | General Electric Company | Method and system for detecting incipient failures in a traction system |
US6930490B2 (en) * | 2003-05-16 | 2005-08-16 | Electro-Motive Diesel, Inc. | Traction motor fault detection system |
US7049825B2 (en) * | 2004-04-15 | 2006-05-23 | Bae Systems Controls, Inc. | DC ground fault detection with resistive centering |
US7344202B2 (en) * | 2005-05-11 | 2008-03-18 | General Electric Company | System and method for dealing with ground fault conditions that can arise in an electrical propulsion system |
-
2005
- 2005-05-11 US US11/126,801 patent/US7344202B2/en active Active
-
2006
- 2006-04-27 CA CA002545206A patent/CA2545206A1/en not_active Abandoned
- 2006-05-10 RU RU2006115864/11A patent/RU2395146C2/ru active
-
2007
- 2007-07-24 US US11/782,239 patent/US7562945B2/en active Active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2592066C2 (ru) * | 2012-02-29 | 2016-07-20 | Абб Текнолоджи Лтд | Система электропитания постоянного тока с возможностью защиты системы |
RU2648494C1 (ru) * | 2014-03-31 | 2018-03-26 | Сименс Акциенгезелльшафт | Способ эксплуатации параллельных вспомогательных преобразователей в рельсовом транспортном средстве |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA2545206A1 (en) | 2006-11-11 |
US7344202B2 (en) | 2008-03-18 |
US20080179945A1 (en) | 2008-07-31 |
US20060255656A1 (en) | 2006-11-16 |
US7562945B2 (en) | 2009-07-21 |
RU2006115864A (ru) | 2007-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2395146C2 (ru) | Система и способ устранения режима короткого замыкания на землю, который может возникнуть в системе электродвигателя | |
US7498819B2 (en) | Method, apparatus and computer-readable code for detecting an incipient ground fault in an electrical propulsion system | |
US7102355B1 (en) | Method, apparatus and computer-readable code for magnifying an incipient ground fault and enable quick detection of such fault | |
US20140049264A1 (en) | Prognostics system and method for fault detection in electrical insulation | |
CN112513651B (zh) | 用于检测绝缘故障的方法 | |
US7498820B2 (en) | Method, apparatus and computer-readable code for detecting an incipient ground fault in an electrical propulsion system | |
US6829556B2 (en) | Method and system for detecting incipient failures in a traction system | |
US8022658B2 (en) | Motor control system including electrical insulation deterioration detecting system | |
EP2678696B1 (en) | Machine systems including pre-power diagnostics | |
US20010042490A1 (en) | Railroad locomotive traction motor isolation | |
US8410739B2 (en) | Method and apparatus for determining the operating condition of generator rotating diodes | |
US7996163B2 (en) | Method and apparatus for detecting a short circuit in a DC link | |
KR20090055156A (ko) | 3상 교류 전동기의 고장 진단 장치, 방법, 및 상기 방법을실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한매체 | |
KR101228386B1 (ko) | 전동기 절연 상태 진단 시스템 | |
US7501830B2 (en) | Method, apparatus and computer-readable code for detecting an incipient ground fault in an electrical propulsion system | |
US7248057B1 (en) | Method, apparatus and computer-readable code for detecting on the fly an incipient ground fault in an electrical propulsion system of a locomotive | |
WO2018006515A1 (zh) | 直流电传动内燃机车主电路接地保护方法 | |
Thomson et al. | On-line diagnosis of stator shorted turns in mains and inverter fed low voltage induction motors | |
CN104071023B (zh) | 用于检测isc输出和/或高压总线的故障的低成本电路 | |
US10778135B2 (en) | Motor parallel winding differential current protection | |
WO2012135241A2 (en) | Prognostic system and method for fault detection in electrical insulation | |
CA2632677C (en) | Method, apparatus and computer-readable code for detecting an incipient ground fault in an electrical propulsion system | |
Praneeth et al. | Algorithm for prediction and control of induction motor stator interturn faults in electric vehicles | |
Habetler et al. | Current-based condition monitoring and fault tolerant operation for electric machines in automotive applications | |
KR20160134551A (ko) | 탑재형 전기 시스템을 모니터링하기 위한 방법 |