SU613436A1 - Устройство дл токовой защиты электровоза - Google Patents

Description

Изобретение от шслтс  к тскозсй з:;ц;1Г2 злектроуста;103ок с силозым тргнсфг рмптсром, выпр мительно-инзерторным npcoSpasjEa гелем и электрическими машинами посто нного тока. К таким электроустановкам отнес; ге , например, электрозоз неременного тока тлна ВЛ80Р.

Известные устройства дл  токовой защиты на трансформаторах тока 1 насыщаютс  при свер.хтокозых переходных процессах л asapHiiных режимах, что снижает надежность и зффектив ,ность защиты; сра батывают как при токах перегрузки, так и при сз рхтоках, что исключает четкое разделение на защиты от токов перегрузк,и и защиты от сзерхтокоз м, следовательно, достижение возможности учета сверхтокозых переходных про цессоз и авар: 1Йных режимов и улучшение обслуживани  электроустановки; имеют знач;1тельную токовую установку, что снижает эффективность защиты

от СЗе-рХТОКОВ; не могут быть 1;СПОЛЬЗСВ2НЫ 3

цеп х выпр мленного тока, что вызывает необходимость дополнени  устройства, напримео, токовыми ре.те, автоматическими выключател ми и приводит к снижению надежности системы защиты в целолк электроустановки г, устройством регулировани  напр жени  характеризуютс  значительной «мертвой зоной .

Наиболее близким к нзобретеннло техническ )М /эещением  вл етс  устройство дл  токовой заигиты электровоза с силовым трансформатором , первична  обмотка которого подключена к питающей сети через силозые контакты главного выключател , а выводы вторичной обмотки через зыпр ммтельно-iiHBcpторный преобразователь и сглаживаюн.глй реактор - на выводы электрической мащины посто нного тока, содержащее импульсный трансформатор с обмотками смелдени  и управлени  и выход;юй обмоткой, выводы которой включены на вход исполнительного оргаич Г9

,. а

Устройство выполнено на сердечнике из сплава с пр моугольной петлей намагничивани . На сердечнике имеютс  обмотка смещени , обеспечиваюнха  насыщенное состо ние сердечника в рабочих режимах и определ юща  величину уставки датчика; обмотка управлени , ло которой протекает контролируемый ток, и выход:1а  обмотка, на выводах которой по вл етс  импульсный сигнал при лрсвыщении током управлени  значени  тока установки , т. е. в момент перемагничивани  сердечника. Однако это устройство не обеспечивает защиту электрооборудован 1  от сверхтоков переходных процессов толчка напр жени  и потери - восстановлени  в питающей

сетл и аватзийно о вежима короткого замыкани  в цепи нагрузки. Это приводит к необходимости дополн ть его другими Датчиками и тем самым снижать надежность и усложн ть молта1Ж силовой цепи электроустановки. Кроме; того, устройство характеризуетс  в мощHbik электроустановках знач.ительньгми габаритами , весом и стоимостью.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности и эффективности путем разделени  функций защиты от сверхтоков и защиты от токов перепрузки. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  токовой защиты электровоза импульсный тра1НсфорМ1атор снабжен дополнительной обмоткой смещени  и дополнительной обмоткой управлени , причем цепь, содержаща  последовательно включенные основную обмотку смещени  и диод, шунтированный .резистором, соединенна  параллельно с цепочкой : дроссель, резистор - через резистор и выпр митель-переключатель, между анодными выводами двух противофазных плеч которого включен заагунтированный диодом резистор, соединена с выводами дл  подключени   кор  электрической машины, дополнительна  обмотка смещени  через дроссель, емкость, .выпр митель и понижающий трансфо ,рматор подключена к выводам, предназн ченным дл  подключени  ко вторичной обмотке силового трансформатора, цепь, содержаща  последовательно включенные основную обмотку управлени  и резистор, защунтирована конденсатором и через резистор и диод подключена к выводам, предназначенным дл  подключени  на выводы выпр мительнои;Н1верторного преобразовател , цеиь, содержаща  дополнительную обмотку управлени  и резистор, соединенные последовательно, соединена с выводами, предназначенными дл  подключени  через нормально открытый блокколтакт главного выключател  электровоза к стабилизированному источнику посто нного тока.

Принципиальна  схема предлагаемого устройства дл  токовой защиты электровоза показана на чертеже.

Устройство токовой защиты содержит трансформатор J, который снабжен основной 2 и дополнительной 3 обмотками смещени , основной 4 и дополнительной 5 обмотками управлени  и выходной обмоткой 6. Цепь дополнительной обмотки смещени  содержит дроссель 7, резистор 8, диоды 9, 10 .вьтпр мител  и понижающий трансформатор //. первична  обмотка которого имеет выводы а и Ь. В этой цепи дроссель предназначен дл  сглаживани , а резгистор - дл  установлени  необходимой величины тока. Резистор зашунтироВ:ан цепью, содержащей последовательно включенные конденсатор 12, резистор 13, диод 14. Общий вывод конденсатора 12 и резистора 13 Включен через резистор 15 и диод 16 на общий катодный вывод диодов 9. 10 выпр мител . Катод диода 14 подключен к а общий вывод резистора 8 и обмотки 3 импульсного трансформатора /. Элементы 12-16 совместно с резистором 8 представл ют собой устройство .авторегулируемой (в зависимости от величины напр жени  в питающей электроустановку сети) 1противо-ЭДС цепи обмотки 3. Это устройство необходимо дл  обеспечени  быстрого затухани  МДС обмотки 3 при исчезновении напр жени  на выводах а, Ь ее цепи и, следовательно, дл  обеспечени  быстродействи  предлагаемого устройства.

Цепь основной обмотки смещени  2 содержит последовательно включенные резистор 17, выпр митель (диоды 18-21), зашунтнрованный диодом 32 резистор 23 и зашунтированный диодом 24 .резистор 25. В этой депи общий катодный вывод диодов -8, 20 и 22 включен на общий анодный вывод диодов 19 ,и 24 через последовательно включенные резистор 26 и дроссель 27. В этой цепи диад 24 и резистор 25 предназначены дл  установлени  необхоДИМОЙ величины тока в обмотке с.мещени  2 в зависимости от режима работы электроустановки; дроссель 27 предназначен дл  реверсировани  тока в основной обмотке смещени  2 и ускоренного срабатывани  датчика

при исчезновении напр жени  на входных выводах с, d ее цепи; диоды 22 и 24 предназначены дл  уменьшени  активного сопротивлек .ИЯ в Цели разр да дроссел  27 на основную ОбМотку смешени  2; аноды 18-.2/(Предназначены дл  реверсировани  - выпр млени  Ехадного напр жени .

Цепь дополнительной обмотки управлени  5 содержит резистор 28 и и.меет вызоды f, е. Резистор 25 предназначен дл  установлени 

необходимой величины тока в об .мотке управлени  6.

Цепь основной обмотки управлени  4 содержит резисторы 29, 30, диод 31 и конденсатор 32. Конденсатор 32 шунтирует цепь, содержащую последовательно включенные резистор 29 и основную обмотку управлени  4. Цепь основной обмотки управлени  имеет выводы g, h. Диод 31 предназначен дл  исключени  зависимости направлени  тока в обмотке 4 от .режима работы электроустановки; конденсатор 32 предназначен дл  сглаживани  тока в цепи обмотки 4 и, кроме того, служит в качестве источника .энергии. Цепь выходной обмотки 6 содержит диод 33 и снабжена вывода-ми к, I.

На чертеже, кроме принципиальной схемы, устройства, приведена принципиальна  схема силовой цепи электроустановки 34, например,

электровоза переменного тока типа ВЛ80Р. Электроустановка содержит последовательно включенные  корь 35 электрической машины лосто нного тока, сглаживающий реакгор 36, тиристоры 37-42выпр мительно-инверторного

преобразовател  и регул тора напр жэки , силовой трансформатор 43 с сек/ционированиой вторичной обмоткой, исполнительный орган 44 :1щить, главный выключатель 45 электроустановки и его .нормально открытий блок-контакт

46. Устройство включено выводами а, b на полное напр жение вторичной сбмоткл силового трансформатора 43; вызолами с, d - на выводы  кор  35 электрической машины посто нкого тока; выводами g, h - на выводы цепи нагрузки вынр мительно-инверторного преобразовател , -содержащей последовательно включенные сглаживающий реактор 36 и  корь 35; выводами f-е через нормально открытый блок-контакт 46 - на выводы источника стабилизированного напр жени , например аккумул торной батар;; электроустановки; выводами k, I - на вызолы исполнительного органа 44. Предлагаемое устройство токовой защиты работает следующим образом. Включение электроустановки 34 на питающее напр жение сети осуществл етс  включением главного выключател  45. Блок-контакты главного выключател  45 электровозов переменного тока типа ВЛ80Р ком.мутируют спуст  0,,04 с после замыкани  силовых контактов его разъединител . Это озна-чает, что напр жение на дополнительную обмотку смещени  3 подаетс  на 0,03-0,04 с раньще подачи напр жени  на дополнительную обмотку управлени  5, что обеспечивает подготовку датчика к действию. Предварительно прин то, ЧТО амнер-витки дополнитгльион обмотки смеа1ени  5 количественно превосход т ампер-Витки дополнительной обмотки управлени  5. Питающее напр жение на основную обмотку управлени  4 и основную обм.отку смещени  2 подаетс  одновременно в момент начала работы 1выпр мительно-инзерторного преобразовател  электроустановки . Ампер-витки основной обмотки смещени  2 количественно равны ампер-виткам основной обмотки управлени  4, суммарна  МДС, согласно действующих Л1ДС основной ; .дополнительной обмоток Смещени  напрггзлепа встречно и количественно превыщает суммарную МДС согласно действующи. МДС основной и дополнительной обмоток управлени . МДС дополнительной обмотки смещени  3 количественно превышает МДС, дополнительной обмотки управлени  на величину , соответствующую величине допустимого колебани  напр жени  в питающей сети и превышающую возникающее по причине регулировани  напр жени  несоответствие между величиной напр жени  на выходе выпр М1 тельно-инверторного преобразовател  и  кор  35 электроустановки, т. е. превышающую возможное в рабочих режимах электроустановки превыщение МДС основной обмотки управлени  над МДС основной обмотки смещени . МДС дополнительных обмоток по отношению к МДС основных обмоток состазл ет незначительную, но достатг чную дл  исключени  лажных срабатыванп : .датчик часть. Таким 0:бразом, МДС дополнительной обмотки смещени  обеспечивает насыщение сердечника трансформатора /, а результ-грующа  МДС дополнительных об.моток смещен;-:л и улрдзленин определ ет величину уставк;: датчика, удержание в насыщенном состо н:п сердечника трансформатора / и исключ , ложных срабатываний датчика ири рабЭтих режимах и переходных процессах сил-овой цепи электроустановки. Диод 33 цепи зыходноГ: обмотки 7 необходим дл  исключени  полачг, на вход исполнительного органа 44 сигнала обратной по отношению к рабочему сигналу датчика пол рности и, следовательно, исключени  ложных срабатываний защиты при выполнении входного устройства исполнительного органа 44 на напол ризозанных элементах. Отключение электроустановки от сети питающего напр жени  осуществл етс  служебным выключением глазного выключател  45. При этом дополнительна  обмотка смещени  тер ет питание на 0,03-0,04 с раньше момента сн ти  напр жени  с дополнительной обмотки управлени . Это означает, что .при предварительно прин той незначительной величине посто нной .времени цепи дополнительной обмотки смещени  устройство выдаст за счет перемагничивани  сердечника трансформатора / сигнал рабочей пол рности, и защита сработает. Таким образом, срабатывает при служебном выключении главного выключател  45 электроустановки. Это свойстзо устройства нельз  рассматривать как отр.идательное. Эт объ с  етс  тем, что именно это свойство обеспечивает защиту электрооборудозани  от сверхтока режима олоокидывани  инвертора, возникающего по пр.ичине служеб1:ого : автоматического выключени  главного выключател  и исчезнопенч  напр жени  в питающей сети при работе электроустановк : 3 режиме рекупераии . Предлагаемое устройство токовой защиты при возникновении з силовой цепи этектроустановки сверхтскозых переходных процессов и аварийных режимов работает следующим образом. Толчок напр жени  в питающей сети UDH электроустановки в режиме потребител  энергии вызывает в ее силовой сети возникновение сверхтокового переходного процесса толчка напр жени . Это в сочетании с невозможностью мгновенного возрастани  чтгс.ла оборотов и магнитного потока электрической машины 55 приводит в начальный момент ,к увеличению напр жени  на входе цепи основной об.мотки управлени  и сохранению величины на1пр жени  на входе цепи основной обмотки смещени . Величина тюсто нной времени цепи зар да конденсатора 32 предварительно прин та весьма малой. Кроме того, выше было показано, что величина МДС дополнительной обмотки смещени  4 в несколько, например в дес ть раз, меньше МДС основной обмотки управлени  4 или сновной обмотки смепени . Поэтому наблюаемое увеличение МДС дополнительной обмотки смещени  не может компенсировать

увеличение МДС основной обмотки управлени , что приводит к перемагничиванию сердечника трансфор-матора I и, следовательно, к выдаче устройством сигнала рабочей пол рности и срабатыванию защиты.

Толчок напр жени  в питающей сети лрм раюоте электроустановки в режиме рекуперации не вызывает возникновени  сверхтокоБого переходного процесса, но приводит к срабатыванию предлагаемого усгройства. Это о бъ сн етс  тем, что толчок напр жени  з этом обеспечивает прежде всего увеличение МДС дополнительной обмотки смещени  и основной обмотки управлени , но не обеспечивает в первый момент соответствующего увеличени  МДС основной обмотки смещени . Задержка соответствующего увеличени  МДС обмотки 2 лронсходит по Прйчине невозможности мгновенного изменени  числа оборотов  кор  35 и магнитного потока электрической машины. Поэтому предлагаемое устройство сработает в случае, если приращение МДС Обмотки 4 превысит приращение МДС о-бмотки 3. Это имеет -место в случае значительной величины толчка напр жени , т. е. когда этот толчок напр жени  приводит к значительному снижению эффективности режима рекуперации .

Исчезновение напр жени  на выводах первичной оймотки силового трансформатора при работе электроустановки в режиме потребител  энергии не приводит к возникновению в силовой цепи сверхтокового переходного процесса, но вызывает срабатывание предлагаемого устройства. Сра-батывание устройства в этом случае исключает возникновение сверхтокового переходного процесса восстановлени  напр жени  в питающей сети. Дл  обеспечени  этого катущка отключающего электромагнита главного выключател  введена в исполнительный орган 44 в качестве составной части. Сра:батьшание устройства при исчезновении напр жени  на первичной обмотке силового трансформатора 43 вызываетс  быстрым затуханием МДС дополнительной обмотки смещени  и сохранением в первый момент величин МДС обмоток 2, 4 и 5. Сохранение МДС основной обмотки смещени  обеспечиваетс  запасом энергии в электрической машине, сохранение МДС основной обмотки управлени  запасом энергии в конденсаторе 32, и сохранение МДС дополнительной обмотки управлени  - за счет источника питани , например аккумул торной батареи. Следовательно, срабатывание предлагаемого устройства при исчезновении напр жени  в питающей среде обеспечивает автоматическое выключение главного выключател  и тем самым исключает вознлкнозе:гие сверхтокового режима восстановлени  налр жени , т. е. придает токовой защите упреждающее свойство.

Исчезновение напр жений на выводах первичной об.мотки силового трансформатора

43 гфи работе электровоза в режиме рекуперации приводит к возникновению сверхтокового переходного процесса опрокидыван} Я инвертора и к срабатыванию предлагаемого устройства. Устройство срабатывает аналогично его срабатыванию при работе электроустановки в режиме потребител  энергии.

Толчкоо.бразное снижение напр жени  з питающей сети при работе электроустановки в режиме потребител  энергии не приводит ч возникновению сверхтокового переходного процесса в силовой цепи, но может при значительном снижении вызывать опрокидывание электрических машин переменного тока- привода вспомогательных мащин. Срабатывание устройства происходит аналогично его срабатыванию при исчезновении напр жени  в питающей сети в момент, когда отнощение .МДС дополнительной обмотки смещени  к МДС дополнительной об.мотки управлени  станет меньше «единицы. Рабоча  величина этого отнощени  находитс  в пределах 1,4- 1,5. Эта величина выбрана с учетом исключени  ложных срабатываний датчика при рабочих режимах электроустановки.

Толчкообразное значительное снижение напр жени  в питающей сети при работе электроустановки в режи.ме рекуперации прлводит к возникновению сверхтокового переходного процесса опрокидывани  инвертора, опрокидыванию вспомогательного привода - электрических .машин переменного тока. Срабатывание устройства происходит аналогично его срабатыванию при исчезновении напр жени  в пнтаю1щей сети или при толчкообразном снижении напр жени  и работе электроустановки в режиме потребител  энергии .

;ПрОбой цлеча выпр мительно-инверторного преобразовател  при работе электроустановки в режиме потребител  энергии приводит к возникновению аварийного режима пробо  плеча. Этот режим равноценен режиму короткого замыкани  части или всей вторичной обмотки силового трансформатора 43 и режиму выдачи части или полного сн ти  налр жени  с первичной об.мотки понижающего трансформатора . Таким образом, в этом случае предлагаемое устройство срабатывает аналогично его срабатыванию при толчкообразнам снижении или исчезновении напр жени  в питающей сети электроустановки.

Claims (2)

1.Глух Е. М. и Зеленов В. Е. Защита полупроводниковых пр-еобразователей. М., «Энерги , 1970, с. 113-148.

2.Глух Е. М. и Зеленов В. Е. Защита полупро&одниковых преобразователей, М., «Энерги , 1970, с. 114-118.

J

I