АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ УТЕЧКИ ТОКА НА КОРПУС ТРОЛЛЕЙБУСА Российский патент 1999 года по МПК G01R31/02 B60K35/00 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и предназначено для диагностики и контроля электробезопасности троллейбусов в депо и на конечных станциях.

Анализ существующих схем сигнализации и защиты от тока утечки на троллейбусе показал, что они не удовлетворяют требованиям или производительности контроля, или точности, или не обеспечивают защиту самого прибора измерения [1].

Известен стенд контроля потенциала на корпусе троллейбуса (СКПТ), содержащий автономный источник питания мощностью 2 кВт, от которого постоянное напряжение 600 В подается на секционированный участок контактной сети с помощью управляемого оператором коммутатора, выполненного на релейно-контакторных элементах, при этом отрицательный полюс источника питания изолирован от "земли", оба токоприемника находятся под положительным потенциалом, вследствие подачи измерительного напряжения на изолированный участок контактной сети. Генератор тока выполнен на биполярном транзисторе и преобразует напряжение входного сигнала в ток выходного, который потом сравнивается с током задатчика опорного сигнала с помощью компаратора. При превышении заданного значения тока срабатывает сигнальное световое и звуковое устройство. В СКПТ предусмотрено токосъемное устройство, точечно контактирующее с корпусом троллейбуса под действием заданной силы прижатия, с визуальным контролем наличия контакта; а также предусмотрен контроль работоспособности отдельных узлов схемы. Измерение тока утечки осуществляется миллиамперметром. [2]
Недостатки прототипа:
- автономный источник питания имеет большую мощность, выходной его ток опасен для персонала;
- не имеет постоянного контроля сопротивления изоляции выходных цепей относительно "земли";
- блок коммутации напряжения контактной сети и измерительного напряжения не обеспечивает автоматизацию измерений;
- низкая достоверность показаний измеряемого уровня утечки тока в цепи, проводимость которой зависит от входного сопротивления генератора тока, преобразующего напряжение в ток, так как проводимость нарушенной изоляции высоковольтных цепей троллейбуса имеет нелинейную зависимость от уровня измеряемой утечки тока;
- необходимость визуального контроля наличия контакта токосъемного устройства с корпусом троллейбуса;
- счетчики не обеспечивают дифференцированную информацию номера подвижной единицы и соответствующего уровня утечки тока.

В целом вся схема не обеспечивает автоматизацию процесса измерения, опасна для персонала при производстве измерения, требует специальных методов защиты прибора при больших уровнях утечки тока троллейбуса.

Задачей данного технического решения является полная автоматизация процесса измерения утечки тока на корпус троллейбуса, обеспечивающая электробезопасность для персонала и защищающая измерительную систему (прибор) от высокого уровня утечки тока, а также обеспечивающая надежный контроль работы всех узлов схемы.

Для решения поставленной задачи в автоматизированную систему контроля утечки тока на корпус троллейбуса, содержащую измерительный участок, представляющий собой изолированный участок контактной сети для размещения троллейбуса, оборудованный блоком учета подвижного состава, токосъемным устройством, блоком коммутации напряжения контактной сети и измерительного напряжения, выполненным на релейно-контакторных элементах, блоком измерительного напряжения, блоком измерения утечки тока, содержащим измерительный прибор, генератор тока, задатчик опорного напряжения, компаратор, блоком сигнализации, дополнительно введены блок контроля изоляции измерительного участка, блок контроля наличия измерительного напряжения и соответствия его заданному уровню.

В блок измерения уровня утечки тока введены защитный и токоограничивающий резисторы, высоковольтный диод, соединенный с цепью источника питания и защитной цепью, дугогасящий конденсатор, токоограничивающие диоды, подключенные к аналоговому миллиамперметру контактного типа, кнопка "Сброс", промежуточные реле.

В блок коммутации напряжения контактной сети и измерительного напряжения дополнительно введены источник постоянного напряжения, изолированный от "земли", два реле тока, диод и реле напряжения.

Токосъемное устройство выполнено многоточечным.

Блок учета подвижного состава содержит блок считывания номера каждого троллейбуса и блок регистрации утечки тока на его корпус.

Блок контроля изоляции измерительного участка относительно "земли" и блок контроля измерительного напряжения соединены с устройствами сигнализации и блоком коммутации напряжения. В схеме выход токосъемного устройства соединен с первым входом блока измерения, второй вход последнего соединен с первым выходом блока измерительного напряжения, первый выход блока измерения соединен с блоком регистрации утечки тока по каждому троллейбусу, второй выход - с блоком звуковой и световой сигнализации, третий выход - с первым входом блока коммутации напряжения, второй выход блока измерительного напряжения, питающегося от контактной сети, соединен со входом блока контроля измерительного напряжения, третий его выход соединен со вторым входом блока коммутации напряжения, имеющим связь с контактной сетью измерительного участка и с блоком контроля изоляции измерительного участка относительно "земли".

Аналоговый миллиамперметр контактного типа обеспечивает измерение утечки тока и формирование двух сигналов с уставками 3 мА (предельно допустимая величина утечки тока при эксплуатации) и 15 мА (предельно допустимая величина утечки тока для перемещения троллейбуса без буксировки).

Особенности схемного решения блока измерения, а именно: использование аналогового миллиамперметра обеспечивает низкое суммарное с токоограничивающим резистором входное сопротивление, что повышает точность измерения, наличие защитного резистора запрещает замыкать цепь измерения при возврате схемы прибора в режим измерения после его отключения вследствие высокого уровня тока утечки (>15 мА). Высоковольтный диод защищает электрическую схему измерительного прибора от высокого потенциала цепи измерения утечки тока. Дугогасящий конденсатор обеспечивает гашение дуги на контактах промежуточного реле при разрыве измерительной цепи в случае превышения утечки тока уставки второго уровня (15 мА).

Блок коммутации напряжения контактной сети и измерительного напряжения обеспечивает взаимоисключающие подачу и снятие напряжения путем управления из кабины троллейбуса через пусковую педаль без оператора, запрещает подачу рабочего напряжения на измерительный участок для движения троллейбуса при:
- утечке тока > 3 мА,
- отсутствии измерительного напряжения и несоответствии его заданному уровню,
- снижении сопротивления изоляции измерительного участка,
- отсутствии напряжения питания (220 В) блока измерения.

Подача измерительного напряжения на измерительный участок осуществляется раздельно на правый и левый провода через соответствующие им высоковольтные диоды.

Блок измерительного напряжения представляет собой слаботочный источник измерительного напряжения, питающийся от контактной сети, с защитным отключением при превышении уставки тока нагрузки. В задачу его входит подача тока 1 < 20 мА (предельная уставка тока нагрузки) при напряжении U=720 В (соответствует максимальной величине напряжения контактной сети). Безопасен для персонала.

Блок контроля изоляции представляет собой аналоговый микроамперметр контактного типа с дополнительным резистором.

Блок контроля измерительного напряжения представляет собой компаратор с выходным реле.

Токосъемное устройство для большей надежности контакта с корпусом троллейбуса выполнено многоточечным. Для этой же цели осуществляется позиционирование троллейбуса на измерительном участке с помощью валиков, ограничивающих его смещение в стороны от заданной траектории.

Перечисленные признаки подтверждают соответствие заявляемого решения изобретательскому уровню.

В графических материалах на фиг. 1 приведена блок-схема заявляемого решения, на фиг. 2 - принципиальная схема блока коммутации напряжения контактной сети и измерительного напряжения, на фиг. 3 - принципиальная схема блока измерения.

Автоматизированная система контроля утечки тока на корпус троллейбуса содержит измерительный участок 1, представляющий собой изолированный участок контактной сети, на котором размещен объект контроля - троллейбус 2. К корпусу троллейбуса 2 подведено токосъемное устройство 3, выход которого соединен с первым входом блока 4 измерения утечки тока, второй вход которого соединен с первым выходом блока 5 измерительного напряжения, первый выход блока 4 измерения утечки тока соединен с блоком 6 регистрации уровня утечки тока на корпус каждого троллейбуса, второй выход - с блоком 7 звуковой и световой сигнализации, третий выход - с первым входом блока 8 коммутации напряжения контактной сети и измерительного напряжения, второй выход блок а 5 измерительного напряжения соединен со входом блока 9 контроля измерительного напряжения, третий выход блока 5 соединен со вторым входом блока 8 коммутации напряжения, имеющим прямую и обратную связь с контактной сетью и с блоком 10 контроля изоляции измерительного участка 1 относительно "земли". Блоки 9 и 10 снабжены сигнализацией.

Блок учета подвижного состава содержит блок 11 считывания номеров с корпуса троллейбуса 2, расположенный перед измерительным участком и соединенный с блоком 6 регистрации утечки тока по каждому троллейбусу.

Токосъемное устройство 3 выполнено многоточечным, обеспечивает повышение надежности пропорционально количеству точек контакта.

Блок 4 измерения утечки тока содержит аналоговый миллиамперметр 12 контактного типа с переключающими контактами 13 и 14, подключенный к электросети 220 В, источник питания 15, промежуточное реле 16 с замыкающими контактами 17 и 18, промежуточное реле 19 с переключающим контактом 20, размыкающим контактом 21 и замыкающим контактом 22, светодиоды 23 и 24, резисторы 25, 26, 27, защитный резистор 28, токоограничивающий резистор 29, высоковольтный диод 30, исключающий попадание положительного потенциала высокого напряжения в низковольтную часть схемы, дугогасящий конденсатор 31, диоды 32, 33, кнопку "Сброс" 34.

Блок 8 коммутации напряжения содержит автономный источник постоянного напряжения 35 (трехфазный трансформатор с выпрямителем), реле тока 36 с замыкающим контактом 37, линейный контактор 38 с замыкающим силовым контактом 39 и размыкающим блок-контактом 40, реле тока 41 с замыкающим контактом 42, диод 43, защищающий схему от изменения полярности контактной сети, контактор 44 с замыкающим силовым контактом 45, реле напряжения 46 с замыкающим контактом 47, резистор 48, высоковольтные диоды 49, источник питания 50.

Блок 5 измерительного напряжения представляет собой слаботочный (до 20 мА) источник напряжения (720 В), питающийся от контактной сети.

Блок 9 контроля измерительного напряжения представляет собой компаратор с выходным реле.

Блок 10 контроля изоляции содержит аналоговый микроамперметр контактного типа с дополнительным резистором.

Блок 7 звуковой и световой сигнализации представляет собой световое табло и звонок.

В основу блока 6 регистрации утечки тока по каждому троллейбусу положен персональный компьютер с аналогово-цифровым преобразователем на входе.

В основу блока 11 считывания номеров положены излучатель и приемник инфракрасного сигнала, кодовая рамка, установленная на троллейбусе, и персональный компьютер.

Работает автоматизированная система контроля утечки тока следующим образом.

В процессе движения троллейбуса 2 на измерительный участок 1 считывается его номер блоком 11 и передается в блок 6.

При постановке троллейбуса 2 на измерительный участок 1 сбрасывают пусковую педаль, ток в цепи троллейбуса, питаемого от источника постоянного напряжения 35, уменьшается до уровня тока вспомогательных цепей троллейбуса (до 12 А). При этой величине тока реле тока 36 и 41 отключаются (уставка тока отпускания реле 36 и 41 составляет 15 А) и своими контактами соответственно 37 и 42 отключают катушки контакторов 38 и 44. Контактор 38 своим блок-контактом 40 замыкает цепь подачи измерительного напряжения на измерительный участок 1, изолированный от контактной сети, через последовательно соединенные высоковольтные диоды 49 от блока 5 измерительного напряжения.

При подключении блока 4 к сети 220 В включается через резистор 25 зеленый светодиод 23, сигнализирующий о включении аналогового миллиамперметра 12, получает питание катушка реле 19, которое одним контактом 20 замыкает цепь измерения утечки тока троллейбуса 2 с токосъемного устройства 3 через токоограничивающий резистор 29, другим контактом 21 - прерывает цепь внешней звуковой и световой сигнализации и третьим контактом 22 - замыкает цепь катушек контакторов 38 и 44 в блоке коммутации напряжения 8. Проводится отсчет утечки тока по шкале аналогового миллиамперметра 12 контактного типа и регистрация в блоке 6. При значении тока утечки > 3 мА контакты 13 миллиамперметра 12 переключаются в следующем порядке: размыкается контакт в цепи светодиода 23 и замыкается контакт в цепи катушки реле 16, гаснет светодиод 23, срабатывает реле 16, включается красный светодиод 24 через резистор 26, реле 16 своим контактом 17 блокирует контакты миллиамперметра 12 в цепи катушки реле 16, а контактом 18 включает внешнюю звуковую и световую сигнализацию первого уровня (ток утечки > 3 мА) блока 7.

При утечке тока > 15 мА размыкается контакт 14 миллиамперметра 12, обесточивается катушка реле 19, и контакт 20 переключает измерительную цепь с токоограничивающего резистора 29 на цепь источника питания 15 через высоковольтный диод 30, резистор 27 и кнопку "Cброс" 34. При этом на входную цепь аналогового миллиамперметра 12 подается ток от источника питания 15 через кнопку 34, резистор 27, замкнутый контакт 20, при этом реле 19 удерживается в отключенном состоянии. Гашение дуги при размыкании контакта 20 обеспечивается конденсатором 31. Контактом 21 включается внешняя звуковая и световая сигнализация второго уровня (ток утечки > 15 мА) блока 7, а контактом 22 разрывается цепь катушек контакторов 38 и 44 блока 8, запрещая подачу рабочего напряжения на измерительный участок и движение троллейбуса с измерительного участка. При нажатии на кнопку "Cброс" 34 реле 16 отключается, а реле 19 включается, и схема переходит в режим измерения.

Защитный резистор 28 не позволяет переключить реле 19 в режим "измерение" при аварийном значении утечки тока (> 20 мА) на корпус троллейбуса 2. Таким образом выполняется защита измерительной цепи, включающей в себя резистор 29, контакт 20, токоограничивающий диод 32 и входную цепь миллиамперметра 12. Диод 33 служит для защиты входной цепи аналогового миллиамперметра 12 от обратных токов.

Отсутствие напряжения питания (220 В) блока измерения 4 также приводит к отключению реле 19 и запрещению движения троллейбуса с измерительного участка 1. По окончании измерения при утечке тока < 15 мА, исправном блоке 5 измерительного напряжения, нормальном состоянии изоляции участка измерения 1 относительно "земли" нажатием на пусковую педаль выводится троллейбус 2 с участка измерения 1. При этом замыкается тяговая цепь троллейбуса, увеличивается ток через токовую катушку реле 36, превышая уставку срабатывания этого реле. Реле 36 срабатывает и контактом 37 подает напряжение на катушки контакторов 38 и 44 через замкнутые контакты 47 реле напряжения 46, подключенное к контактной сети через резистор 48 и диод 43 (напряжение в основной контактной сети присутствует), замкнутые контакты 22 реле 19 блока 4 (ток утечки < 15 мА), а также замкнутые контакты реле блока 9 контроля измерительного напряжения (измерительное напряжение присутствует и соответствует заданному уровню) и блока 10 контроля изоляции (уровень изоляции измерительного участка относительно "земли" соответствует норме).

Контактор 38 блок-контактом 40 отключает измерительное напряжение участка измерения 1. Через замкнутые силовые контакты 39 и 45 контакторов соответственно 38 и 44 подается рабочее напряжение на измерительный участок. Троллейбус трогается.

Замкнутый контакт 39 контактора 38 подает отрицательное напряжение через катушку реле тока 41 и диод 43 на правую шину измерительного участка 1. Реле тока 41 своим контактом 42 блокирует контакт 37 реле тока 36 в цепи питания контакторов 38 и 44.

Замкнутый контакт 45 контактора 44 подает положительное напряжение на левую шину измерительного участка 1.

Диод 43 служит для защиты схемы от изменения полярности напряжения в основной контактной сети.

При утечке тока > 15 мА, неисправном блоке 5 измерительного напряжения или низкой изоляции измерительного участка 1 относительно "земли", а также при отсутствии напряжения питания блока измерения 4 (220 В) блокируется включение контакторов 38 и 44, троллейбус с участка не тронется до выполнения соответствующих ремонтных работ.

Заявляемая автоматизированная система контроля утечки тока эксплуатируется в Первом троллейбусном депо г.Краснодара, что подтверждает ее соответствие критерию "промышленная применимость".

Автоматизированная система контроля утечки тока содержит изолированный участок контактной сети (измерительный участок), на котором размещается контролируемый троллейбус. С корпусом троллейбуса контактирует многоточечное токосъемное устройство, соединенное с первым входом блока измерения утечки тока, второй вход которого соединен с первым выходом блока измерительного напряжения. Первый выход блока измерения утечки тока соединен с блоком регистрации утечки тока по каждому троллейбусу, второй выход блока изменения утечки тока соединен с блоком световой и звуковой сигнализации, а третий его выход - с первым входом блока коммутации напряжения контактной сети и измерительного напряжения. Второй выход блока измерительного напряжения соединен с входом блока контроля измерительного напряжения, а третий выход блока измерительного напряжения - с вторым входом блока коммутации напряжения контактной сети, имеющим прямую и обратную связь с контактной сетью и с блоком контроля изоляции измерительного участка относительно "земли". Технический результат - полная автоматизация процесса измерения утечки тока на корпус троллейбуса, обеспечение электробезопасности для персонала и защиты системы от высокого уровня утечки тока, а также обеспечение надежного контроля работы всех узлов системы. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Автоматизированная система контроля утечки тока на корпус троллейбуса, включающая измерительный участок, представляющий собой изолированный участок контактной сети для размещения объекта контроля (троллейбуса), оборудованный блоком учета подвижного состава, токосъемным устройством, блоком коммутации напряжения контактной сети и измерительного напряжения, выполненным на релейно-контакторных элементах, блоком измерительного напряжения, блоком измерения утечки тока, содержащим измерительный прибор с генератором тока, задатчиком опорного напряжения и компаратором, блоком сигнализации, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введены блок контроля изоляции измерительного участка, блок контроля наличия измерительного напряжения и соответствия его заданному уровню, в блок измерения утечки тока введены защитный и токоограничивающий резисторы, высоковольтный диод, дугогасящий конденсатор, токоограничивающие диоды, подключенные в аналоговому миллиамперметру контактного типа, кнопка "Сброс" и промежуточные реле, в блок коммутации напряжения контактной сети и измерительного напряжения дополнительно введены источник постоянного напряжения, изолированный от "земли", два реле тока и реле напряжения, а в блок учета подвижного состава введен блок регистрации утечки тока по каждому троллейбусу, при этом выход токосъемного устройства соединен с первым входом блока измерения утечки тока, второй вход последнего соединен с первым выходом блока измерительного напряжения, первый выход блока измерения утечки тока соединен с блоком регистрации утечки тока по каждому троллейбусу, второй выход - с блоком звуковой и световой сигнализации, третий выход - с первым входом блока коммутации напряжения, второй выход блока измерительного напряжения соединен с входом блока контроля измерительного напряжения, третий его выход соединен с вторым входом блока коммутации напряжения, имеющим связь с контактной сетью, измерительным участком и с блоком контроля изоляции измерительного участка относительно "земли". 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что для надежности контакта токосъемное устройство выполнено многоточечным. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок измерительного напряжения представляет собой слаботочный источник питания. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок учета подвижного состава содержит блок считывания номера каждого троллейбуса и блок регистрации утечки тока. 5. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок контроля изоляции и блок контроля измерительного напряжения снабжены сигнализацией.