ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 1996 года по МПК B60M3/00 B60M3/02 

Изобретение относится к области электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока, а именно, к повышению надежности работы высоковольтных разъединителей.

Разъединитель коммутационный аппарат высокого напряжения, предназначенный для включения под напряжение и отключение участков цепи без тока нагрузки.

Условия работы разъединителей, предназначенных для продольного секционирования контактной сети в зоне между смежными тяговыми подстанциями, существенно отличаются от условий работы разъединителей на подстанциях.

На железных дорогах страны принята схема двустороннего питания контактной сети с постом секционирования в зоне.

Коммутирующие выключатели при этом располагаются на подстанциях и посту секционирования. Линейные же разъединители располагаются в горловинах станций и служат для разделения участка на отдельные зоны с целью обеспечения безопасности работ или для ликвидации повреждений. Их отключение производится вручную, дистанционно или по телеуправлению, без предварительного отключения выключателей подстанции или поста секционирования (по поездной ситуации в зоне питания). Контроль за величиной тока (нагрузки или уравнительного), протекающего через разъединитель в момент отключения не проводится, что приводит к возможному образованию устойчивой электрической дуги на полюсах разъединителя и, как результат, к повреждению разъединителя и созданию аварийной ситуации в зоне питания.

Известно устройство блокировки разъединителей подстанции от неправильных действий обслуживающего персонала, содержащее замок электромагнитной блокировки с механическим запором поворотного вала разъединителя, электромагнитный ключ управления запором и схему блокировки действий с разъединителем при включенном выключателе в цепи нагрузки /1/.

Принцип работы этого устройства заключается в том, что любые операции включения или отключения разъединителя возможны только лишь при отключенном выключателе, т.е. при отсутствии тока в коммутируемой цепи и при снятии механической блокировки "стержня, заскакивающего под действием пружин в отверстие поворотной части привода при включенном или отключенном положении разъединителя" /1/. Положение стержня исключает при этом его деблокировку вручную. Деблокировать стержень возможно только лишь с помощью электромагнитного ключа, который получает питание от источника тока через нормально размыкающий контакт-повторитель выключателя.

Таким образом, любые операции с разъединителем при включенном выключателе исключены. Такой вид блокировки называется оперативным.

Рассмотренное устройство принято в качестве аналога.

Устройство-аналог имеет с заявляемым общие элементы: разъединитель, контакт-повторитель выключателя. Однако устройство-аналог имеет следующие недостатки: разъединитель должен быть расположен вблизи выключателя, при этой блокировке исключена работа разъединителя от электрического привода.

Известно устройство электрической блокировки электромашинного привода разъединителя, при которой контакт-повторитель выключателя включается последовательно между источником питания и общим проводом схемы управления приводом /2/.

Принцип работы этого устройства, принятого в качестве устройства-прототипа, заключается в следующем в силовой цепи с напряжением U_н последовательно включены главные контакты разъединителя и контакты выключателя. Выключатель предназначен для отключения электрической силовой цепи, по которой протекает ток нагрузки. Разъединитель обеспечивает создание видимого разрыва цепи и обеспечивает безопасность проведения работ на выключателе. Оперативные переключения разъединителя с помощью электропривода возможны при замкнутом контакте-повторителе выключателя, включенного в разрыв цепи: источник питания схема управления приводом.

В устройстве прототипе имеются следующие недостатки необходимо располагать близко друг от друга приводы разъединителя и выключателя, необходима информация о состоянии выключателя. Устройство-прототип и заявляемое имеют общие элементы: разъединитель, электрический привод, схему управления электрическим приводом.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности эксплуатации контактной сети.

Поставленная цель достигается тем, что в защитное устройство контактной сети переменного тока, содержащее разъединитель с электрическим приводом, включенный в рассечку контактной подвески, блок управления приводом разъединителя, дополнительно включены: датчик тока, пороговый элемент, генератор высокой частоты с излучающей антенной и блок питания, установленные на контактной подвеске; приемник высокой частоты с приемной антенной и блокирующее реле, установленные в корпусе электрического привода, причем датчик тока одним выходом через пороговый элемент подключен к измерительному входу генератора высокой частоты, а выход приемника высокой частоты присоединен к блокирующему реле, контакты которого включены в разрыв питающей цепи блока управления приводом разъединителя; второй вход датчика тока присоединен ко входу блока питания, выход которого подключен к питающему входу генератора высокой частоты.

Принцип работы заявляемого устройства поясняется чертежом и заключается в том, что отключение линейного (продольного) разъединителя контактной сети переменного тока возможно только лишь при поступлении разрешающего сигнала от датчика тока в тяговой сети.

Ток, протекающий по контактной сети 1 и разъединителю 2 контролируется датчиком тока 3, который имеет на своем магнитопроводе две обмотки: измерительную и блока питания. При достижении током значений, превышающих допустимые по условию отключения данного типа разъединителя /3/, срабатывает пороговое устройство 4, подключенное к измерительной обмотке, и разрешает работу генератора высокой частоты 5. Генератор 5 через передающую антенну излучает сигнал, заданной для данного разъединителя частоты. Высокочастотный сигнал принимается антенной приемника 7 и поступает на блокирующее реле 8, которое возбуждается и разрывает своими контактами питающую цепь в блоке управления разъединителем 9. Разрыв питающей цепи не позволяет произвести оперативные переключения разъединителя дистанционно и по телеуправлению.

Блоки: датчика тока 3, порогового устройства 4 и генератора высокой частоты 5 находятся под высоким потенциалом контактной сети (27500 В), поэтому использован блок питания, подключенный ко второй обмотке датчика тока 3. Включение блока питание 6 в работу осуществляется автоматически только лишь при протекании тока в контактной сети 1. Порог включения блока питания 6 и обеспечение необходимого уровня напряжения на блоке 5 осуществляется при уровне тока в контактной сети 1 около (5.10) А, что соответствует емкостным токам, протекающим в контактной сети в режиме холостого хода.

Конкретное выполнение конструкции заявляемого устройства.

Датчик тока представляет собой одновитковый трансформатор тока, роль первичной обмотки в котором выполняет шлейф, соединяющий контактную подвеску и нож разъединителя. Магнитопровод датчика тока выполняется разъемным, что позволяет производить монтаж датчика на контактной подвеске без разрыва электрической цепи. На этом же магнитопроводе выполняются две вторичные обмотки, одна из которых является измерительной и нагружена на пороговое устройство, выполненное на базе операционного усилителя.

Другая вторичная обмотка нагружена на выпрямительную схему и используется для подачи напряжения на блок питания с параметрическим стабилизатором напряжения. Пороговое устройство представляет собой компаратор (преобразователь, осуществляющий сравнение величин), подключенный своими входами к измерительной обмотке и стабилизированному опорному сигналу, а выходом в цепь запуска генератора высокой частоты. С целью уменьшения тока потребления пороговым элементом предлагается использовать компаратор типа К554 САЗ, КМ 597СА в типовом включении. При этом ток измерительной цепи I_вх=0,1 и 0,25 мкА, а общий ток потребления 6 и 2,6 мА. Нагрузочная способность компаратора этого типа очень высока, I_вых 200 мА /4/. Эти условия позволяют обойтись без дополнительного усилителя мощности сигнала. Однако, в качестве порогового элемента может быть применено электромагнитное реле типов РЭС-9, РЭС-15, РСМ и им подобные. Авторы считают, что оба этих варианта взаимозаменяемые и, поэтому, исключают связь блока питания с пороговым элементом как несущественную, но возможную.

Генератор высокой частоты представляет собой, в частном случае, управляемый блокинг-генератор и в модельном варианте авторов выполнен на базе типового передатчика "Сигнал-1", выпускаемого киевским ПО "Кристалл" по схеме и параметрам /5/.

Приемник высокой частоты и блокирующее реле выполнены по разработке /5/.

Блокирующее реле типа МКУ-48.РА.500.168. В конструкции /5/ предусмотрена замена выходного транзистора на составной высоковольтный транзистор с совмещенными источниками питания.

Модель заявляемого устройства была собрана в лабораторных условиях и испытана совместно с приводом типа УМП-П, используемого для переключения линейных (продольных) разъединителей контактной сети типа РНД-35-630.

Технико-экономическая эффективность внедрения предполагаемого изобретения может быть произведена в этом случае расчет необходимо вести на предполагаемую аварию, связанную с потерей электропитания подвижным составом железных дорог и сбоем в графике движения поездов.

Источники информации
1. А.А.Прохорский. Тяговые и трансформаторные подстанции. М. Транспорт, 1983, с. 88-89.

2. Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения. Под ред. В.В.Афанасьева. Л. Энергоатомиздат, 1987, с. 247-249.

3. А. А. Филатов. Оперативное обслуживание электрических подстанций. М. Энергия, 1980, с. 97.99.

4. В. К. Ванин, Г.М.Павлов. Релейная защита на элементах вычислительной техники. Л. Энергоатомиздат, 1991, с. 40.44.

5. Модифицированный "Сигнал-1". Журнал "Радио" N 6, 1984, с. 50.51.

Использование: в области электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока для защиты от перегрузки. Сущность изобретения: устройство содержит разъединитель 2 с электрическим приводом, включенный в рассечку контактной подвески, блок управления приводом разъединителя, датчик тока 3, пороговый элемент 4, генератор 5 высокой частоты с излучающей антенной и блок питания 6, приемник 7 высокой частоты с приемной антенной и блокирующее реле 8, установленные в корпусе электрического привода, причем датчик тока одним выходом через пороговый элемент подключен к измерительному входу генератора высокой частоты, а выход приемника высокой частоты присоединен к блокирующему реле, контакты которого включены в разрыв питающей цепи блока управления приводом разъединителя; второй вход датчика тока присоединен ко входу блока питания 6, выход которого подключен к питающему входу генератора 5 высокой частоты. 1 ил.

Защитное устройство контактной сети переменного тока, содержащее разъединитель с электрическим приводом, включенный в рассечку контактной подвески, блок управления приводом разъединителя, отличающееся тем, что оно дополнительно включает в себя датчик тока, пороговый элемент, генератор высокой частоты с излучающей антенной и блок питания, установленные на контактной подвеске, приемник высокой частоты с приемной антенной и блокирующее реле, установленные в корпусе электропривода, причем датчик тока одним своим выходом через пороговый элемент подключен к измерительному входу генератора высокой частоты, а выход приемника высокой частоты присоединен к блокирующему реле, контакты которого включены в разрыв питающей цепи блока управления приводом разъединителя, второй выход датчика тока присоединен с входу блока питания, выход которого присоединен к питающему входу генератора высокой частоты.