SU845215A1 - Устройство дл защитного отключени КОНТАКТНОй СЕТи пОСТО ННОгО TOKA СциКличНыМ пРЕРыВАНиЕМ цЕпи НАгРузКи - Google Patents

Description

К недостаткам данного устройства следует отнести недостаточную надежность работы из-за повышенной нагрузки цепи онеративного источника в режиме электроснабжени  контактной сети от т гового преобразовател . Особенно сильно это про вл етс  при стремлении повысить чувствительность схемы устройства при измерении сопротивлени  утечки, а также при стремлении уменьшить врем  переходного процесса тока в цепи оперативного источника, протекаюшего под вли нием зар да емкости сети. Дл  достижени  этих целей необходимо принимать величину сопротивлени  оперативной цепи минимально-возможной. Однако уменьшение величины этого сопротивлени  ведет к увеличению тока, протекающего по этой цепи, а также к получению большой разницы сигналов датчика оперативного тока в режиме измерени  сопротивлени  утечки и в режиме электроснабжени  сети. Это объ сн етс  тем, что с датчика оперативного тока на вход логического элемента И в режиме электроснабжени  сети поступает сумма сигналов от последовательно включенных силового источника питани  контактной сети и источника оперативного тока защиты. Причем этот поступающий сигнал соответствует замыканию этих источников на сопротивление оперативной цепи (это сопротивление состоит в основном из токоограничивающего сопротивлени  и сопротивлени  датчика тока) и не зависит от величины сопротивлени  утечки контактной сети.

Во врем  паузы в электроснабжении сети (режим измерени  сопротивлени  утечки) когда силовой источник закрыт, на вход селектора оперативного тока (элемент И) поступает сигнал только от ЕО, который определ етс  величиной сопротивлени  утечки сети.

Этот сигнал гораздо меньше сигнала в режиме электроснабжени  сети.

К недостаткам данного устройства также следует отнести то, что дл  получени  необходимой точности измерени  сопротивлени  утечки сети оно использует повышенную длительность паузы в силовом питании сети за счет повышенного вли ни  ее емкости при работе преобразовател  на нагрузку с достаточно большим отношением индуктивности к активному сопротивлению, что приводит к использованию уменьшенного значени  относительной продолжительности включени  силового напр жени  и к получению повышенных дополнительных потерь электроэнергии в двигател х электровоза.

Это св зано с тем, что длительность паузы в силовом питании сети выбираетс , исход  из самых т желых условий работы устройства , при которых емкость сети может оказать максимальное вли ние на его уставку срабатывани . При этом следует отметить то, что вли ние емкости будет различным в разных режимах работы контактной сети. Это происходит потому, что электровоз , перемеща сь вдоль сети, все врем  измен ет параметры нагрузки преобразовател , а также измен ет соотношение величины емкости рабочего и нерабочего участка сети. Так в одном из граничных режимов работы сети, когда электровоз находитс  вблизи т гового преобразовател , и в цепи его силового тока будет находитьс  минимальна  индуктивность сети, а емкость сети зашунтирована цепью электровоза, то в момент запирани  силового ключа остаточный зар д на ней будет минимальным. Во врем  паузы силового тока сети оперативный источник зар жает ее до значени  своего напр жени , при этом зар дный ток емкости увеличивает полный ток оперативного источника и вли ет на чувствительный элемент устройства в сторону повышени  его уставки срабатывани . В этом случае .льфажение дл  определени  длительности паузы силового питани  и.меет вид

ПТ- t- ,ц+ tu.

где tf - врем  переходного процесса зар да , емкости оперативным током; t -врем  контрол  сопротивлени  утечки.

При втором граничном режиме работы контактной сети, когда электровоз находитс  в самой удаленной ее точке от подстанции , при котором преобразователь работает на нагрузку с большим отношением индуктивности к активному сопротивлению цепи,

0 импульсы силового тока заход т в область отрицательных напр жений сети. Ток при этом поддерживаетс  за счет ЭДС индуктивности контактной сети.

В этом случае при по влении отрицательного напр жени  сети на силовом преобразователе емкость сети зар жаетс  до этого значени  напр жени , а после запирани  силового преобразовател -разр жаетс  через сопротивление утечки сети и оперативный источник с посто нной времени, завис шей от

0 величины его напр жени  и величины сопротивлени  утечки сети. При этом выражение дл  определени  необходимой длительности паузы в силовом напр жении име-. ет вид

5tf, „ t, + t t,где tp,- врем  инверторного режима силового ключа;

tf, - врем  переходного процесса разр да е.мкости; врем  контрол  сопротивлени 

утечки.

При этом следует отметить, что разр д емкости сети через оперативный источник будет вли ть в сторону снижени  уставки срабатывани  защитного устройства ( поскольку эта емкость, зар женна  значительно большим напр жением чем величина напр жени  оперативного источника одинаковой пол рности с ним, разр жаетс  черезнего и мен ет знак тока в его цепи на обратный ).

Анализ выражений дл  определени  необходимой длительности паузы напр жени  в первом и во втором граничном режиме работы преобразовател  показывает, что дл  обеспечени  необходимой точности контрол  сопротивлени  утечки, длительность паузы во втором случае должна быть больше чем в первом. Разница в выборе необходимой длительности паузы силового напр жени  объ сн етс  тем, что при втором граничном режиме работы преобразовател  длительность паузы в силовом токе сети меньше , чем в первом (при одинаковой длительности паузы напр жени  на его выходе), а посто нна  цепи разр да (зар да) емкости остаетс  неизменной. Кроме того, величина напр жени  оперативного источника и величина отрицательного напр жени  на преобразователе, вызванна  действием ЭДС индуктивности сети, различны и чем больше их разница, тем сильнее .про вл етс  вли ние емкости на уставку срабатывани  устройства. При этом напр жение оперативного источника принимаетс  минимальновозможным , а величина обратного напр жени  на преобразователе может достигать амплитудного значени  питающего линейного напр жени  сети переменного тока дл  схемы преобразовател , используюшего при запирании естественную коммутацию силовых вентилей (если в схеме преобразовател  дл  запирани  используетс  искусственна  коммутаци  вентилей, то величина обратного напр жени , возникающа  на нем, может достигать значительно большого значени ).

Кроме того, к недостаткам данного устройства следует отнести то, что формирователь селекторных импульсов, выполненный в виде последовательно соединенных дифференцирующей цепи с детектором однопол рных импульсов и блоком задержки, дл  получени  необходимой устойчивости работы устройства требует использовани  дополнительного запаса (увеличени ) длительности паузы силового питани  сети. Это св зано с тем, что момент формировани  селекторного импульса по отношению к моменту формировани  импульса силового напр жени  сети преобразователем (ключом) может измен тьс  в зависимости от целого р да факторов (например, от колебани  напр жени  и частоты питающей сети переменного тока, от старени  элементов схемы устройства и др.). Если сформированный селекторный импульс по времени совпадает с импульсом силового напр жени , то произойдет ложное отключение сети, поскольку даже при отсутствии сопротивлени  утечки сети в цепи оперативного источника будет npojeKaTb большой ток, так как в этом случае последовательно включенные силовой и оперативный источники, в основном.

нагружены на величину сопротивлени  оперативной цепи. Дл  исключени  этого и вводитс  необходимый запас во времени между моментом формировани  селекторного импульса и моментом формировани  импульса силового напр жени  сети, что требует дополнительного увеличени  длительности паузы силового питани  сети. Все это снижает надежность работы защитного устройства .

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности работы устройства.

Дл  этого устройство дл  защитного отключени  контактной сети посто нного тока с цикличным прерыванием цепи нагрузки , содержащее источник оперативного тока , подключенный к сети с пол рностью, обратной силовому источнику, и последовательно к датчику оперативного тока, датчик наличи  паузы силового напр жени  сети, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами чувствительного органа, выполненного на дополнительном источнике посто нного тока, к выходу которого подключены входы питани  последовательно соединенных формировател  селекторных импульсов, селектора оперативного

5 тока и релейного органа, выход которого соединен с цепью отключени  сети, дополнительно снабжено ограничивающим и разр дным резисторами и трем  диодами, один из которых включен 11араллельно датчику оперативного тока, а ограничивающий резистор, зашунтированный вторым диодом, и соединенный последовательно разр дный резистор включены между зажимом источника оперативного тока и зажимом силового источника, причем цепь, состо ща  из последовательно соединенных датчика оперативного тока и источника оперативного тока, зашунтирована третьим диодом, включенным в провод шем направлении дл  тока силового источника, а диоды, шунтирующие датчик тока и ограничивающий резистор , включены встречно дл  тока силового источника, а также тем, что формирователь селекторных импульсов выполнен из последовательно соединенных нуль-органа и логического элемента И, первый вход которого соединен с датчиком наличи  паузы силового напр жени  сети, в качестве которого используют систему управлени  силового выпр мител , вход которой соединен с первой фазой питающей сети переменного тока, а второй вход элемента И соединен с второй фазой питающей сети переменного тока через упом нутый нуль-орган.

На чертеже изображена блок-схема устройства .

Управл ющие электроды вентилей силового выпр мител  (прерывател ) 1 подключены к системе 2 управлени . Нагрузка 3 подключаетс  к т говой сети с помощью вентильного заградител  4, в качестве которого использован обычный неуправл емый в нтиль . Источник 5 оперативного тока подключен через датчик б оперативного тока, зашунтированный диодом 7, а также через последовательно соединенные ограничивающий резистор 8, зашунтированный диодом 9, и разр дный резистор 10 между пр мым и обратным проводом контактной сети. Причем цепь, состо ща  из последовательно соединенных источника 5 и датчика 6 зашунтирована диодом 11, включенным в провод щем направлении дл  тока силового источника , а диоды 7 и 9 включены встречно дл  тока силового источника. Чувствительный брган 12 защитного устройства состоит из источника 13 питани , выход которого соединен с входами питани  формировател  14 селекторных импульсов, селектора 15 оперативного тока и релейного элемента 16. Первый вход селектора 15 соединен с датчиком 6, второй его вход соединен через формирователь 14 с датчиком наличи  паузы в силовом питании сети, в качестве которого используетс  система 2 выпр мител  1, который помимо своей основной функции источника питани  используетс  в качестве выключател . Сопротивление утечки контактной сети (сниженное сопротивление изол ции или сопротивление тела, прикоснувшегос  к контактному проводу человека) показано в виде сопротивлени  17. Распределенна  емкость контактной сети показана в виде емкости 18. Формирователь 14 выполнен из последовательно соединенных нульоргана и логического элемента И, причем вход нуль-органа св зан с фазой напр жени  переменного тока, а выход его подключен к первому входу элемента И, второй вход которого св зан с выходом системы 2 преобразовател .

Устройство работает следующим образом .

Система 2 выпр мител  1 осуш,ествл ет прерывистое питание управл ющих электродов его вентилей, в моменты отсутстви  тока в цеп х управлени  этих вентилей они запираютс  и, следовательно, источник рабочего посто нного тока также оказываетс  запертым. При этом, с целью получени  высокой стабильности параметров цикличного питани  сети, частота этого прерывистого питани  жестко синхронизирована с частотой напр жени  питающей сети переменного тока (это достигаетс , например путем применени  в системе управлени  коммутирующего блока, выполненного из последовательно соединенных ключа и делител  частоты, вход которого св зан с одной из фаз напр жени  питающей сети переменного тока). В момент паузы силового питани  сети ток от источника 5 протекает через сопротивление 17 и параллельно ему через емкость 18 (во врем  ее зар да, т. е. в том случае, когда электровоз находитс  вблизи подстанции и отсутствует инверторный режим работы преобразовател ), через датчик б и через резисторы 8 и 10. В случае работы преобразовател  в инверторном режиме , когда преобразователь работает на нагрузку с большим отношением индуктивности к активному сопротивлению (например при работе нагрузки (электровоза) в удаленной от подстанции точке (при котором импульсы силового тока заход т в область отрицательного напр жени  сети), емкость сети зар жаетс  до этого значени  напр жени , а после запирани  силового преобразовател  разр жаетс  через сопротивление 17 и через цепь, состо щую из разр дного резистора 10, диода 9, источника 5 и диода 7 (поскольку эта емкость, зар женна  значительно больщим напр жением, чем величина напр жени  оперативного источника одинаковой пол рности с ним, разр жаетс  через него и мен ет знак тока в его цепи на обратный). Величина сопротивлени  разр дного резистора 10 выбираетс  минимальной и ограничиваетс  параметрами термической устойчивости элементов разр дной цепи при протекании через нее обратного тока (во врем  паузы силового питани ), вызванного действием индуктивности и емкости сети. При этом емкость разр жаетс  за о.чень короткий промежуток времени до величины напр жени  источника оперативного тока и не оказывает вли ни  на уставку срабатывани  устройства. Кроме того, необходимо отметить то, что поскольку в первом случае при отсутствии инверторного режима работы преобразовател  и нахождении электровоза вблизи подстанции величина тока от оперативного источника, который зар жает емкость контактной сети, ограничиваетс  правилами безопасности, а величина разр дного тока емкости через оперативный источник, в случае инверторного режима работы преобразовател  в начале паузы силового питани  при нахождении электровоза в удаленной от преобразовател  точке контактной сети, ограничиваетс  только термической устойчивостью элементов разр дной цепи, то, следовательно, врем  разр да емкости можно получить значительно меньше времени зар да ее от оперативного источника (на несколько пор дков).

Таким образом, выбор длительности паузы силового питани  сети необходимо производить с учетом самого т желого режима работы устройства с точки зрени  наибольшего вли ни  емкости на уставку его срабатывани , которым в этом случае  вл етс  режим, когда емкость сети зар жаетс  от источника оперативного тока от минимального значени  до величины его напр жени .

В конце ттаузы силового питани , когда переходной процесс зар да (разр да) емкости заканчиваетс , оперативный ток имеет только принужденную составл ющую и протекает только через сопротивление 17. Через нагрузку 3 оперативный ток не протекает , так как в ее цепи находитс  вентильный заградитель 4, также он не протекает через диоды 7, 9 и 11, поскольку они включены дл  него встречно. Выделение и измерение оперативного тока производ тс  чувствительным органом 12. При по влении оперативного тока выше уставки этого органа, что соответствует возникновению в контактной сети сопротивлени  утечки ниже допустимого уровн , элемент 11 срабатывает и воздействует на цепь отключени  выключател , который производит отключение питающей сети. В процессе выделени  оперативного тока элемент 16, селектор 15 и формирователь 14, получа  питание от источника 13, реагирует на поступающие сигналы.

Селектор 15, выполненный на логическом элементе И, подает на вход элемента 16 сигнал управлени  только при наличии открывающих сигналов на обоих его входах. При этом на один его вход подаетс  открывающий Qигнaл с формировател  14, выполненный на последовательно соединенных нуль-органе и логическом элементе И, только лищь в момент окончани  паузы силового питани  контактной сети, поскольку этот элемент преобразует поступающие на него сигналы с датчика наличи  паузы в силовом питании, в качестве которого используетс  система 2, и напр жение сети питающего переменного тока, поданное на вход нуль-органа, причем фаза этого напр жени  выбираетс  такой, что нулевое значение этого напр жени  совпадает с моментом окончани  силового питани  сети. Поскольку система 2 и формирователь 14 имеют жесткую синхронизацию, с частотой питающей сети переменного тока (а следовательно друг с другом), то смещение их сигналов между собой во времени практически исключено, а следовательно, исключена из-за этого и веро тность ложного отключени  сети при колебани х напр жени , старени  элементов . Таким образом, формирователь селекторных импульсов вырабатывает короткий импульс в конце паузы силового питани , обеспечива  минимальную длительность паузы за счет исключени  необходимого запаса по длительности между селекторным импульсом и моментом формировани  импульса силового питани  сети, а также обеспечивает измерение оперативного тока в конце паузы, когда переходный процесс зар да (разр да) емкости заканчиваетс  и она не вли ет на уставку срабатывани  устройства .

На второй вход селектора 15 поступают сигналы с датчика 6. При этом сигналы с датчика оперативного тока имеют различную величину в режиме электроснабжени  сети и в режиме измерени  сопротивлени  утечки во врем  паузы силового питани  сети.

Так в режиме электроснабжени  сети сигнал с измерительной части датчика оперативного тока будет соответствовать току замыкани  источника оперативного тока на сопротивление датчика оперативного тока, выражение дл  которого Аложно представить в виде SJ

1о-„ (ЕОП+ ди)/(Кв„+Яэ);

5 где AU - падение напр жени  на диоде 11 при протекании через него тока от силового источника, Rgy-внутреннее сопротивление источника оперативного тока; R -сопротивление датчика оперативного тока.

Поскольку падение напр жени  на диоде 11 при протекании через него тока от силового источника сети значительно меньще напр жени  источника 5 (не превышает 1 В), 5 то дл  расчета элементов схемы устройства его величиной можно пренебречь и считать, что ток, протекающий через датчик оперативного тока в режиме электроснабжени  сети, определ етс  только величиной напр жени  источника оперативного тока и не

0 зависит от величины напр жени  источника силового тока сети.

В режиме измерени  сопротивлени  утечки , когда диод I1 закрыт дл  оперативного тока, выражение дл  тока, протекающего че5 рез датчик оперативного тока, определ етс  выражением

Ion Eon/().

где R - суммарное сопротивление оперативной цепи, состо щей, из внутрен0него сопротивлени  источника опетивного тока, сопротивлени  датчика тока, а также ограничивающего и разр дного сопротивлений. При этом разность в сигналах дл  значений напр жени  источника оперативного тока и сопротивлени  оперативной цепи, соответствующих случаю выбора максимальной чувствительности устройства и удовлетвор ющих требовани м электробезопасности не превышает 2,8 раз, т. е. дл  этого 0 примера разница в сигналах по сравнению с прототипом уменьшена более чем в 5 раз и не превышает номинальных параметров большинства полупроводниковых приборов. К этому следует добавить, что величину разницы сигналов датчика тока можно измен ть 5 и выбирать минимальной в зависимости от соотношени  сопротивлени  датчика 6 и суммарного, состо шего из сопротивлений ограничивающего 8 и разр дного 10 резисторов .

Claims (2)

1. Таким образом, на вход чувствительного органа поступает открывающий сигнал с датчика оперативного тока на прот жении импульса силового питани  сети, а во врем  его прерывани  этот сигнал отсутствует при условии , что в сети нет утечки. При по влении же сопротивлени  утечки на этот вход будет поступать открывающий сигнал в момент прерывани  силового питани  сети (так как через датчик 6 будет протекать оперативный ток). Следовательно, при отсутствии утечки на оба входа селектора 15 открывающие сигналы поступают поочередно (несовпада  во времени) и на выходе его сигнал отсутствует. При по влении же утечки на оба его выхода (в момент прерывани  силового питани ) открывающие сигналы поступают одновременно и он подает сигнал управлени  на элемент 16, который срабатывает и воздействует на цепь отключени  выключател  контактной сети. Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества: повышение надежности работы защитного устройства за счет устранени  перегрузки цепи оперативного источника в режиме электроснабжени  контактной сети от источника силового тока; повышение надежности работы защитного устройства за счет повышени  его чувствительности при обеспечении Требуемой точности измерени  сопротивлени  утечки; повышение надежности работы защитного устройства за счет использовани  цепи зар да емкости сети, позвол ющей уменьшить паузу силового питани  сети при обеспечении требуемой точности измерени  сопротивлени  утечки; повышение надежности работы защитного устройства за счет устранени  запаса во времени между моментом контрол  сопротивлени  утечки и моментом формировани  импульса силового напр жени  сети и устранени  при этом ложных отключений при колебани х напр жени , частоты, а также при старении элементов схемы устройства. Формула изобретени  1. Устройство дл  защитного отключени  контактной сети посто нного тока с цикличным прерыванием цепи нагрузки, содержащее источник оперативного тока, подключенный к сети с пол рностью, обратной силовому источнику, и последовательно к датчику оперативного тока, датчик наличи  паузы силового напр жени  сети, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами чувствительного органа, выполненного на дополнительном источнике посто нного тока, к выходу которого подключены входы питани  последовательно соединенных формировател  селекторных импульсов, селектора оперативного тока и релейного органа, выход которого соединен с цепью отключени  сети, отличающеес  тем, что, с целью повыщени  его надежности, оно дополнительно снабжено ограничивающим и разр дным резисторами и трем  диодами, один из которых включен параллельно датчику оперативного тока, а ограничивающий резистор , зашунтированный вторым диодом, и соединенный последовательно разр дный резистор включены между зажимом источника оперативного тока и зажимом силового источника, причем цепь, состо ща  из последовательно соединенных датчика оперативного тока и источника оперативного тока , зашунтирована третьим диодом, включенным в провод щем направлении дл  тока силового ис гочника, а диоды, шунтирующие датчик тока и ограничивающий резистор , включены встречно дл  тока силового источника. 2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что формирователь селекторных импульсов выполнен на последовательно соединенных нуль-органе и логическом элементе И, первый вход которого соединен с датчиком наличи  паузы силового напр жени  сети, в качестве которого используют систему управлени  силового выпр мител , вход которой соединен с первой фазой питающей сети переменного тока, а второй вход элемента И соединен с второй фазой питающей сети переменного тока через упом нутый нуль-орган . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 600646, кл. Н 02 Н 3/16, 1975.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 647143, кл. Н 02 Н 3/16, 1976.