СХЕМА ЗАЩИТЫ СМЕЖНЫХ ФИДЕРОВ ТЯГОВОЙ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК H02H7/26 

Изобретение относятся к защитным устройствам фидеров тяговых подстанций постоянного тока и может быть использовано в системах электроснабжения железнодорожного и промышленного транспорта.

Прототипом изобретения принять устройство защиты смежных фидеров тяговой сети постоянного тока, осуществляемое с помощью неполяризованных выключателей и первичных датчиков защиты - реле-дифференциальных шунтов типа РДШ.

В известной схеме [1] первичный датчик защиты (ПДЗ) представляет собой две параллельные шины неравного сечения, соединенные в начале и конце, на шине меньшего сечения насажены пакеты из изолированных листов железа, имеющих воздушные зазоры и эти шины проходят в разных направлениях внутри разомкнутого магнитопровода с подвижным якорем на оси, удерживаемом в разомкнутом положении ориетирующей пружиной, причем на подвижном якоре изолированно укреплен подвижный контакт, а на изолирующем основании ПДЗ - неподвижный контакт, причем указанные контакты нормально замкнуты и через них от источника оперативного постоянного тока питается держащая катушка выключателя. В случае, когда разница ампервитков шин становится достаточно большой и сила притяжения якоря реле к магнитопроводу реле потоком, пропорциональным квадрату этой разницы ампервитков, становится чуть большей силы пружины, начинается движение якоря к магнитопроводу вокруг оси и контакты ПДЗ размыкаются, в силу чего прекращается питание держащей катушки выключателя и выключатель отключается.

Из-за наличия пакетов железа на шине меньшего сечения срабатывание ПДЗ зависит от величины и скорости нарастания тока [1].

Данное защитное устройство с его характеристиками позволяет отключить фидер при малом значении быстро изменяющегося тока короткого замыкания и именно по этой причине широко используется на фидерах тяговых подстанций электрических железных дорог.

Особенностью защиты является такая реакция ПДЗ на приращение (скачок) тока, которая очень негативно сказывается на работе выключателей смежных фидеров, разделенных изолирующим воздушным промежутком и самом воздушном промежутке.

Происходит это следующим образом. При движении электровоза, потребляющего ток, по воздушному промежутку, последний перекрывается токоприемником, в результате чего ток нагрузки, доставляемый ранее по левому фидеру через выключатель и ПДЗ, перераспределяется между левым и подключившимся правым фидером. Ток на левом фидере резко уменьшается, а на правом - увеличивается, что эквивалентно тому, что происходит отрицательный скачок тока на левом фидере и такой же положительный скачок тока на правом фидере через выключатель и его ПДЗ. Это может привести к отключению выключателя правого фидера из-за срабатывания ПДЗ по скачку тока. В результате этого при съезде токоприемника с воздушного промежутка между ним и ветвью (проводами) воздушного промежутка, с которого съезжает электровоз, возникает электрическая дуга, которая пережигает указанные провода, т.е. приводит к серьезной аварии.

Недостатком существующей системы защиты, осуществляемой с помощью данного ПДЗ, является следующее: она допускает ложные отключения выключателей, что приводит к пережогам проводов и конструкций тяговой сети электрической дугой.

Чтобы избежать незапланированных остановок электровоза и пережогов проводов и конструкций тяговой сети необходимо исключить ложные отключения выключателей, для чего предлагается заблокировать реакцию описанной выше защиты, выполненной с помощью данного ПДЗ, на приращение (скачок) тока.

Ниже предлагаются заявляемые схемы защиты смежных фидеров тяговой сети постоянного тока (варианты), которые исключают ложные отключения выключателей фидеров из-за скачков тока на фидерах, приводящие к пережогу проводов воздушного промежутка и конструкций тяговой сети.

Поставленная задача решается тем, что согласно изобретению по первому варианту схема защиты смежных фидеров постоянного тока, разделенных воздушным изолированным промежутком, состоящая из неполяризованных выключателей и первичных датчиков защиты, выполненных в виде реле-дифференциальных шунтов, отличающаяся тем, что на магнитопроводах первичных датчиков защиты установлено по дополнительной катушке 11 (см. фиг.1 и 2), к дополнительной катушке 11 левого фидера через диод 12 подключено первое реле напряжения 13, а к одному выводу нормально открытого контакта этого реле подведен плюс напряжения оперативного постоянного тока, другой вывод подсоединен к началу катушки второго реле напряжения 14, к концу которой подведен минус напряжения оперативного тока, а через нормально открытые контакты этого реле и диод 15 подключена дополнительная катушка 11 первичного датчика защиты правого фидера, причем диоды 12 и 15 в цепях дополнительных катушек левого и правого фидеров включены таким образом, что через диод 12 левого фидера начинает протекать ток под действием ЭДС, наводимой в цепи дополнительной катушки 11 при отрицательном скачке тока левого фидера, а через диод 15 правого фидера - при положительном скачке тока правого фидера и замкнутых контактах реле напряжения правого фидера 14.

Согласно изобретению по второму варианту схема защиты смежных фидеров тяговой сети постоянного тока разделенных воздушным изолированным промежутком, состоящая из неполяризованных выключателей и первичных датчиков защиты, выполненных в виде реле-дифференциальных шунтов, отличающаяся тем, что на магнитопроводах 9 первичных датчиков защиты установлено по дополнительной катушке 11 (см. фиг.1 и 3), к дополнительной катушке 11 левого фидера через диод 12 подключен регулируемый резистор 13, а к дополнительной катушке 11 правого фидера подключен тиристор 14, управляющий электрод которого подключен к подвижному контакту регулируемого резистора 13, а катод тиристора подключен к концу регулируемого резистора со стороны, соединенной с анодом диода 12, причем диод и тиристор подключены к дополнительным катушкам 11 таким образом, что ток в цепи диода и резистора протекает только под действием ЭДС, наводимой в дополнительной катушке 11 левого фидера отрицательным скачком тока левого фидера, а в цепи тиристора, если он открыт, - только при ЭДС, наводимой в дополнительной катушке правого фидера положительным скачком тока в цепи правого фидера.

Техническим результатом заявляемых объектов является исключение ложных срабатываний выключателей смежных фидеров и вызываемых по этой причине пережогов проводов контактной сети изолированных воздушных промежутков и секционных изоляторов.

Положительный эффект от предлагаемых изобретений реализуется за счет экономии на расходах по восстановлению воздушных промежутков ранее повреждаемых дугой.

Изобретение поясняется следующими чертежами:
На фиг.1 изображен предлагаемый первичный датчик защиты с дополнительной катушкой.

1, 2 - шины первичного датчика защиты большего и меньшего сечения соответственно;
2 - пакеты из изолированных листов железа;
3 - неподвижный контакт;
4 - подвижный контакт;
5 - пружина;
6 - подвижный якорь;
7 - ось подвижного якоря;
8 - магнитопровод;
9 - держащая катушка выключателя, питаемая через контакты датчика;
10 - дополнительная катушка;
Ф_М - поток магнитопровода, создаваемый положительным скачком тока фидера;
Ф_П - поток магнитопровода, создаваемый током дополнительной катушки.

На фиг. 2 изображена схема защиты смежных фидеров тяговой сети постоянного тока, разделенных изолирующим воздушным промежутком по первому варианту.

9 - магнитопровод первичного датчика защиты;
11 - дополнительная катушка;
12, 15 - диоды в цепях дополнительных катушек датчиков защиты левого и правого фидеров соответственно;
13, 14 - контакты левого и правого реле напряжения.

На фиг. 3 изображена схема защиты смежных фидеров тяговой сети постоянного тока, разделенных изолирующим воздушным промежутком по второму варианту.

9 - магнитопровод первичного датчика защиты;
10 - дополнительная катушка;
11 - диод в цепи дополнительной катушки датчика защиты левого фидера;
12 - регулируемый резистор;
13 - тиристор в цепи дополнительной катушки датчика защиты правого фидера.

Схема предлагаемой защиты по первому варианту (фиг.2) работает следующим образом. При касании токоприемником электровоза обеих ветвей воздушного промежутка возникнут одинаковые по величине скачки тока - отрицательный - ΔIф1 на левом фидере и положительный + ΔIф3 - на правом фидере. Отрицательным скачком тока на левом фидере наводится напряжение на дополнительной катушке 11 левого фидера, которое заставляет сработать реле напряжения 13, так как направление тока в цепи его катушки при этом совпадает с проводящим направлением диода 12. Вследствие этого реле 13 замыкает свои нормально разомкнутые контакты, через которые подается напряжение оперативного постоянного тока на катушку реле напряжения 14 правого фидера. Последнее срабатывает и своими контактами замыкает дополнительную катушку 11 ПДЗ правого фидера через диод 15.

В это же время положительный скачок тока на правом фидере наведет в дополнительной катушке 11 ПДЗ напряжение, направление которого совпадает с проводящим направлением диода 15. В результате этого по дополнительной катушке реле 11 начинает протекать ток. Поток Фп в магнитопроводе ПДЗ правого фидера, создаваемый этим током, по закону Ленца, противоположен потоку Фм, создаваемому положительным скачком тока + ΔIф3 в магнитопроводе ПДЗ правого фидера. Поэтому суммарный поток магнитопровода (Фм-Фп) будет близок к нулю и ПДЗ правого фидера на положительный скачок тока не прореагирует, т.е. его ложные срабатывания от скачка тока будут исключены. Величина скачка тока фидера - ΔIф1, вызывающая указанную работу устройства, регулируется величиной уставки по напряжению реле напряжения левого фидера 13.

Схема предлагаемой защиты по второму варианту (см. фиг.3) работает следующим образом. При касании токоприемником электровоза обеих ветвей воздушного промежутка (фиг.3), возникают одинаковые по величине скачки тока - отрицательный - ΔIф1 на левом фидере и положительный + ΔIф3 - на правом фидере. Отрицательным скачком тока - ΔIф1 на левом фидере наводится напряжение на дополнительной катушке 11 левого фидера и по цепи этой дополнительной катушки через диод 12 и резистор 13 течет ток, образующий на резисторе 13 напряжение а-б, открывающее тиристор 14.

В это же время положительный скачок тока + ΔIф3 на правом фидере наведет в дополнительной катушке 11 ПДЗ, напряжение под действием которого по цепи катушки 11 ПДЗ правого фидера через тиристор 14 потечет ток, совпадающий с проводящим направлением тиристора. Поток Фп, создаваемый этим током, по закону Ленца, противоположен потоку Фм, создаваемому положительным скачком тока + ΔIф3 в магнитопроводе ПДЗ правого фидера. Поэтому суммарный поток магнитопровода (Фм-Фп) будет близок к нулю и ПДЗ правого фидера на положительный скачок тока не прореагирует. Таким образом, его ложные срабатывания от скачка тока будут исключены. Величина скачка тока фидера - ΔIф1, вызывающая указанную работу устройства, регулируется подвижным контактом резистора 13.

ЛИТЕРАТУРА
1. Пупынин В.Н. Полная теория работы и характеристика параллельных: индуктивных шунтов быстродействующих выключателей типов ВАБ-2, АБ-2/4, АБ-2/3 и реле дифференциальных шунтов выключателей ВАБ-28. Труды МИИТ 213 М.: Транспорт 1965, 61-86.

2. Фигурнов Е.Н. Релейная защита устройств электроснабжения железных дорог. М.: Транспорт 1981, 181-182.

Изобретение относится к защитным устройствам фидеров тяговых подстанций постоянного тока и предназначено для защиты смежных фидеров. Технический результат заключается в исключении ложных срабатываний выключений смежных фидеров. Схема защиты состоит из неполяризованных выключателей и первичных датчиков защиты. На магнитопроводах указанных датчиков установлено по дополнительной катушке. Через диод подключено первое реле напряжения. К одному выводу нормально открытого контакта этого реле подведен плюс напряжения оперативного постоянного тока. Другой вывод его подсоединен к началу катушки второго реле напряжения, к концу которой подведен минус напряжения оперативного тока. Через нормально открытые контакты этого реле и диод подключена дополнительная катушка РДШ правого фидера. Диоды в цепях дополнительных катушек левого и правого фидеров включены таким образом, что через диод левого фидера начинает протекать ток под действием эдс, наводимой в цепи дополнительной катушки при отрицательном скачке тока левого фидера. Через диод правого фидера - при положительном скачке тока правого фидера и замкнутых контактах реле напряжения правого фидера. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Схема защиты смежных фидеров тяговой сети постоянного тока, разделенных воздушным изолированным промежутком, состоящая из неполяризованных выключателей и первичных датчиков защиты, отличающаяся тем, что на магнитопроводах первичных датчиков защиты установлено по дополнительной катушке, к дополнительной катушке левого фидера через диод подключено первое реле напряжения, а к одному выводу нормально открытого контакта этого реле подведен плюс напряжения оперативного постоянного тока, другой вывод его подсоединен к началу катушки второго реле напряжения, к концу которой подведен минус напряжения оперативного тока, а через нормально открытые контакты этого реле и диод подключена дополнительная катушка первичного датчика защиты правого фидера, причем диоды в цепях дополнительных катушек левого и правого фидеров включены таким образом, что через диод левого фидера начинает протекать ток под действием ЭДС, наводимой в цепи дополнительной катушки при отрицательном скачке тока левого фидера, а через диод правого фидера - при положительном скачке тока правого фидера и замкнутых контактах реле напряжения правого фидера. 2. Схема защиты смежных фидеров тяговой сети постоянного тока, разделенных воздушным изолированным промежутком, состоящая из неполяризованных выключателей и первичных датчиков защиты, отличающаяся тем, что на магнитопроводах первичных датчиков защиты установлено по дополнительной катушке, к дополнительной катушке левого фидера через диод подключен регулируемый резистор, а к дополнительной катушке правого фидера подключен тиристор, управляющий электрод которого подключен к подвижному контакту регулируемого резистора, а катод тиристора подключен к концу регулируемого резистора со стороны, соединенной с анодом диода, причем диод и тиристор подключены к дополнительным катушкам таким образом, что ток в цепи диода и резистора протекает только под действием ЭДС, наводимой в дополнительной катушке левого фидера отрицательным скачком тока левого фидера, а в цепи тиристора, если он открыт, - только при ЭДС, наводимой в дополнительной катушке правого фидера положительным скачком тока в цепи правого фидера.