Устройство для защитного отключения контактной сети Советский патент 1984 года по МПК H02H3/17 

точнике оперативного напряжения соединен с катодом динистора, анод которого через балластный резистор подключен к аноду указанного тиристора.

3. Устройство по п- 1, отличающееся тем, что, с целью упрощения, узел фиксации момента запирания вентилей силового выпрямителя выполнен в виде резисторного датчика разрядного тока, конденсатора, стабилитрона и релейного элемента, причем резисторный датчик разрядного тока включен между первым и вторым входными зажимами этого узла, вход релейного элемента и катод стабилитрона подключены через конденсатор к первому входному зажиму, анод стабилитрог на - к второму входному зажиму, а выходом узла фиксации момента запирания вентилей силового выпрямителя является выход указанного релейного элемента.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ, содержащее прерыватель отпирающих импульсов в цепи управления вентилями силового выпрямителя, источник оперативного напряжения в виде последовательно соединенных дросселя и токоограничивающего резистора, защунтированных цепочкой из соединенных анодами тиристора и стабилитрона, чувствительный элемент защиты, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и повыщения надежности его в работе, введены узел фиксации момента запирания вентилей силового выпрямители, два формирователя длительности импульсов и три RS-триггера, причем источник оперативного напряжения со стороны катода входящего в него тиристора подключен к плюсовому зажиму силового выпрямителя, соединенному с контактным проводом, а со стороны катода входящего в него стабилитрона соединен с анодом разделительного диода и ка- , тодом разрядного диода, катод разделительного диода соединен с входом чувствительного элемента, а также с первым концом резисторного щунта и с катодом включенного параллельно резисторному щунту стабилитрона, при этом второй конец резисторного шунта и анод указанного стабилитрона подключены к минусовому зажиму силового выпрямителя, анод разрядного диода соединен с первым входным зажимом узла фиксации момента запирания вентилей силового выпрямителя, второй входной зажим которого соединен с минусовым зажимом силового выпрямителя, прямой выход этого узла соединен с входом первого формирователя длительности импульсов, выход прерывателя отпирающих импульсов соединен с входом второго формирователя длительности импульсов, первый RS-триггер имеет два входа установки в «1, связанных по И, один из которых подключен к прямому выходу первого формирователя длительности импульсов, другой - к прямому выходу второго формирователя длительности импульсов, а в.ход установки в «О этого триггера соединен с инверсным выходом второго формирователя длительности импульсов, второй RS-триггер ел также имеет два входа установки в «1, связанных по И, один из которых соединен с прямым выходом чувствительного элемента, другой - с прямым выходом второго формирователя длительности импульсов, а вход установки в «О этого триггера соединен с инверсным выходом второго формирователя длительности импульсов, третий RS-триггер имеет два входа установки в «1, « связанных по И, один из которых соединен с инверсным выходом первого триггера, а ел другой - с прямым выходом второго форсо мирователя длительности импульсов, и четыре входа установки в «О, связанных по И, первый из которых подключен к прямому выходу первого триггера, второй - к инверсному выходу первого формирователя длительности импульсов, третий - к прямому выходу второго RS-триггера, четвертый - к инверсному выходу чувствительного элемента, при этом выход третьего триггера соединен с блокирующим входом системы управления вентилями силового выпрямителя. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что управляющий электрод тирнстора в ис

(

Изобретение относится к электротехнике

и предназначено для защитного отключения контактных сетей подземного электровозного транспорта при снижении сопротивления изоляции контактного провода в результате естественного старения изоляции, различного рода повреждений и прикосновения людей к контактному проводу.

Известно защитное устройство с цикличным прерыванием тока нагрузки, которое содержит источник оперативного тока, подключенный к сети через датчик оперативного тока, токоограничивающий и разрядный резисторы полярностью, обратной полярности силового выпрямителя, датчик наличия паузы силового н.апряжения сети, датчик состояния вентилей силового выпрямителя, логический элемент ИЛИ и чувствительный орган защиты, первый вход которого соединен с выходом датчика наличия паузы силового напряжения сети, второй - с выходом элемента ИЛИ, к входам которого подключены выходы датчика состояния вентилей и датчика оперативного тока. Участкк цепи с датчиком оперативного тока и источником оперативного тока зашунтирован диодом, включенным в прямом для силового напряжения направлении, кроме того, датчик оперативного тока и токоограничивающий резистор зашунтированы каждый диодами, включенными во встречном для силового напряжения направлении. Чувствительный орган состоит из последовательно включенных формирователя селекторных импульсов, селектора оперативного тока и релейного органа, выход которого соединен с цепью отключения сети 1.

К недостаткам этого устройства следует отнести отсутствие самоконтроля исправности, а также то, что контрольная пауза имеет постоянную длительность и, следовательно, должна приниматься максимальной, исходя из допустимых для силового выпрямителя рабочих перегрузок. Так как общая продолжительность таких перегрузок относительно мала, то большую часть времени силовой выпрямитель работает с завышенной длительностью паузы в силовом питании.

Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности является защитное устройство для отключения контактной сети, в котором источник оперативного напряжения выполнен в виде параллельно включенных дросселя и цепочки из соединенных анодами тиристора и стабилитрона и соединен со стороны катоды стабилитрона ,с минусовым зажимом силового выпрямителя, а со стороны катода тиристора катодом разделительного диода, анод которого подключен к плюсовому зажиму силового выпрямителя. Чувствительный элемент защиты подключен параллельно силовому вентилю, включенному в цепь нагрузки

между плюсовым зажимом силового выпрямителя и контактным проводом в прямом направлении, причем последовательно с чувствительным элементом включен обратный диод анодом к контактному проводу, а параллельно чувствительному элементу подключен стабилрзтрон, катод которого соединен с катодом обратного диода, а также с катодом разрядного диода, анод которого соединен с источником оперативного напряжения со стороны катода входящего в него

тиристора. В цепь тока нагрузки включена токовая обмотка комбинированного трансформаторного датчика тока и напряжения контактной сети, обмотка напряжения этого датчика, защунтированная конденсатором,

включена через резистор параллельно источнику оперативного напряжения.

Кроме того, комбинированный датчик тока и напряжения имеет обмотку смещения, подключенную к источнику постоянного тока, и две выходных обмотки, одна из которых через диод подключена к управляющим электродам тиристора, входящего в источник оперативного напряжения, а другая - к синхронизирующему входу логического блока, другой вход которого соединен с выходом чувствительного элемента защиты. Выход логического блока соединен с входом прерывателя отпирающих импульсов в цепи управления силового выпрямителя.

В известном устройстве для защитного отключения, обладающем благодаря специальной схеме источника оперативного напряжения высокой чувствительностью при практически любой протяженности защищаемой сети, осуществляется самоконтроль исправности основных элементов схемы, а также автоматическое изменение длительности контрольной паузы в зависимости от величины тока нагрузки в контактной сети 2.

К недостаткам известного устройства следует отнести наличие силового вентиля в цепи нагрузки, а также сложность конструкции и недостаточно высокую точность работы комбинированного датчика тока и напряжения контактной сети. Как показали экспериментальные исследования, сигналы выходнь1х обмоток этого датчика имеют недостаточную мощность и требуют усиления, выходные сигналы появляются не при полном исчезновении тока нагрузки в сети. Для изготовления комбинированного датчика тока и напряжения требуется применять ферромагнитные сердечники с высокой сте: пенью прямоугольности кривой намагничива.ния.

Цель изобретения - упрощение схемы и повыщение надежности в работе.

Для достижения указанной цели в устройство для защитного отключения контактной сети, содержащее прерыватель отпирающих импульсов в цепи управления венТИЛ55МИ силового выпрямителя, источник оперативного напряжения в виде последовательно соединенных дросселя и токоограничивающего резистора, защунтированных цепочкой из соединенных анодами тиристора и стабилитрона, чувствительный элемент защиты, введены узел фиксации момента запирания вентилей силового выпрямителя, два формирователя длительности импульсов и три RS-триггера, причем источник оперативного напряжения со стороны катода входящего в ,него тиристора подключен к плю совому зажиму силового выпрямителя, соединенному с контактным проводом, а со стороны катода входящего в него стабилитрона соединен с анодом разделительного диода и катодом разрядного диода, катод разделительного диода соединен с входом чувствительного элемента, а также с первым концом резисторного щунта и с катодом включенного параллельно резисторному шунту стабилитрона, при этом второй конец резисторного шунта и анод указанного стабилитрона подключены к минусовому зажиму силового выпрямителя, анод разрядного диода соединен с первым входным зажимом узла фиксации момента запирания, вентилей силового выпрямителя, второй входной зажим которого соединен с минусовым зажимом силового выпрямителя, прямой выход этого узла соединен с входом первого формирователя длительности импульсов, выход прерывателя отпирающих импульсов соединен с входом второго формирователя

длительности импульсов, первый RS-триггер имеет два входа установки в «1, связанных по И, один из которых подключен к прямому выходу первого формирователя длительности импульсов, другой - к прямому выходу второго формирователя длительности импульсов, а вход установки в «О этого триггера соединен с инверсным выходом второго формирователя длительности импульсов, второй RS-триггер также имеет два

0 входа установки в «1, связанных по И, один из которых соединен с прямым выходом чувствительного элемента, другой - с прямым выходом второго формирователя длительности импульсов, а вход установки в «О этого триггера соединен с инверсным выходом второго формирователя длительности импульсов, третий RS-триггер имеет два входа установки в «1, связанных по И, один из которых соединен с инверсным выходом первого триггера, а другой - с пря0 мым выходом второго формирователя длительности импульсов, и четыре входа установки в «О, связанны- по И, первый из которых подключен к прямому выходу первого триггера, второй - к инверсному выходу

; первого формирователя длительности импульсов, третий - к прямому выходу второго RS-триггера, четвертый - к инверсному выходу чувствительного элемента, при этом выход третьего триггера соединен с блокирующим входом системы управления

0 вентилями силового выпрямителя.

Управляющий электрод тиристора в источнике оперативного напряжения соединен с катодом динистора, анод которого подключен через балластный резистор к аноду указанного тиристора.

Кроме того, узел фиксации момента запирания вентилей силового выпрямителя выполнен в виде резисторного датчика разрядного тока, конденсатора, стабилитрона и

0 релейного элемента, причем резисторный датчик разрядного тока включен между первым и вторым входными зажимами это, го узла, вход релейного элемента и катод стабилитро-на подключены через конденсатор к первому входному зажиму, анод ста5 билитрона - к второму входному зажиму, а выходом узла фиксации момента запирания вентилей силового выпрямителя является выход указанного релейного элемент;:. На чертеже изображена принципла.п.Q ная схема защитного устройства.

Силовой выпрямитель 1 выполнен iici уи равляемых вентилях, управляющие -j.ieKтроды которых подключены к системе 2 уп равления, которая имеет вход, блокирукипии подачу отпирающих импульсов на вентили

5 силового выпрямителя. Прерыватель 3 отпирающих импульсов выполнен в виде последовательно соединенных формирователя импульсов, синхронизированного с напряже

нием сети переменного тока, и делителя 5 частоты следования импульсов. Источник 6 оперативного напряжения состоит из последовательно включенных дросселя 7 и токоограничивающего резистора 8, зашунтированных цепочкой из соединенных анодами тиристора 9 и стабилитрона 10, причем управляющий электрод тиристора соединен с катодом динистора 11, анод которого через балластный резистор 12 соединен с анодом этого тиристора. Источник б оперативного напряжения со стороны катода тиристора 9 соединен с плюсовым зажимом силового выпрямителя 1 и подключенным к нему контактным проводом, а со стороны катода стабилитрона 10 - с анодом разделительного диода 13 и катодом разрядного диода 14. Между катодом разделительного диода 13 и минусовым зажимом силового выпрямителя 1 включен резисторный шунт 15, к которому подключен вход чувствительного элемента 16 защиты, зашунтированный стабили±роном 17, при этом катод этого стабилитрона соединен с катодом разделительного диода 13. К аноду разрядного диода 14 подключен первый входной зажим узла 18 фиксации момента запирания вентилей силового выпрямителя, второй входной зажим которого соединен с минусовым зажимом силового выпрямителя 1. Узеел 18 фиксации состоит из резисторного датчика 19 разрядного тока, включенного между входными зажимами узла 18 фиксации, и релейного эле мента 20, вход которого через конденсатор 21 подключен к резисторному датчику 19 и защунтирован стабилитроном 22, катод которого соединен с вторым входным зажимом узла 18 фиксации. Выходом узла 18 фиксации является выход релейного элемента 20. Этот выход соединен с входом формирователя 23 длительности импульсов (расширитель выходных импульсов узла 18 фиксации), выполненный в виде одновибратора. К выходу прерывателя отпирающих импульсов подключен вход второго формирователя 24 длительности импульсов (расширитель выходных импульсов прерывателя 3), выполненный в виде одновибратора. Первый RS-триггер 25 имеет два входа установки в «1, связанных по И, один из которых подключен к прямому выходу первого формирователя 23 длительности импульсов, другой - к прямому выходу второго формирователя 24 длительности импульсов, а вход установки в «О этого триггера подключен к инверсному выходу второго, формирователя 24 длительности импульсов. Второй RS-триггер 26 также имеет два входа установки в «1, связанных по И, один из которых подключен к прямому выходу чувствительного элемента 16, другой - к прямому выходу второго формирователя 24 длительности импульсов, а вход, установки в «О этого триггера подключен к инверсному выходу второго формирователя 24 длительности импульсов. Третий RS-триггер 27 имеет два входа установки в «1, связанных по И, один из которых подключен к инверсному выходу первого триггера 25, а второй - к прямому выходу второго формирователя 24 длительности импульсов, и четыре входа установки в «О, связанных по И, один из которых подключен к прямому выходу первого триггера 25, второй -

О к инверсному выходу первого формирователя 23 длительного импульсов, третий - к прямому выходу второго триггера 26, четвертый - к инверсному выходу чувствительного элемента 16 защиты. Выход триггера

5 27 подключен к блокирующему входу системы 2 управления вентилями силового выпрямителя. Сопротивление утечки контактной сети на чертеже условно изображено резистором 28, емкость - конденсатором 29. Последовательно с нагрузкой 30 контактной

0 сети включен заградительный диод 31.

Устройство работает следующим образом.

Прерыватель 3 отпирающих импульсов вырабатывает периодическую последователь5 ность узких импульсов, синхронизированных с напряжением сети переменного тока. Частота следования этих импульсов (6-10 Гц) определяет частоту образования пауз. Поступая на вход формирователя 24 длительности импульсов, эти импульсы расщиряют0 ся до максимально возможной длительности контрольной паузы (до 300° или 16,7 мс). Перед появлением на выходе прерывателя 3 очередного импульса триггеры 25-27 находятся в исходном состоянии. С приходом очередного импульса на обоих входах уста5 новки в «I триггера 27 появляются единичные сигналы, что вызывает появление единичного сигнала на его прямом выходе. Этот сигнал блокирует систему 2 управления, в результате чего прекращается поступление

0 отпирающих импульсов на вентили силового выпрямителя 1 и выпрямленное напряжение начинает снижаться по синусоидальному закону. В начале этого процесса тиристор 9 в источнике оперативного напряжения заперт, поэтому, независимо от величины тока

5 нагрузки, работающие в момент прерыва; ния отпирающих импульсов на вентили силового выпрямителя 1, остаются открытыми, так как ток в них поддерживается большой индуктивностью дросселя 7. Этот ток проQ текает через разделительный диод 13, резисторный шунт 15 и стабилитрон 17, ограничивающий напряжение на щунте 15. Падение напряжения на шунте 15 вызывает срабатывание чувствительного элемента 16 и появление на его прямом выходе единич5 кого сигнала. Таким образом, чувствительный элемент 16 включен, когда в сети имеется рабочее напряжение, и остается в этом состоянии еще некоторое время после начала процесса прерывания тока, т.е. после появления на выходе прерывателя 3 очередного импульса. Поэтому, если чувствительный элемент исправен, то одновременно с триггером 27 переключатся в единичное состояние и триггер 26, выходной сигнал которого, поступая на один из входов установки в «О триггера 27, подготавливает возврат последнего в исходное состояние и, следовательно, возобновление подачи отпирающих импульсов на вентили силового выпрямителя 1. Если чувствительный элемент 16 из-за какой-либо неисправности не вырабатывает единичного сигнала на своем прямом выходе в начале процесса прерывания тока, то триггер 26 останется в исходном состоянии и заблокирует возврат в исходное состояние триггера 27.

Таким образом, триггер 26 осуществляет контроль исправности чувствительного элемента, а также исправности всей цепи, к которой подключен вход этого элемента. Если чувствительный элемент, будучи неисправным, остается постоянно включенным, то, хотя триггер 26 и переключится в единичное состояние, триггер 27 в исходное состояние возвратиться не может, так как с инверсного выхода чувствительного элемента 16 на один из его входов установки в «О будет поступать сигнал нулевого уровня.

После прекращения подачи отпирающих импульсов выпрямленное напряжение силового выпрямителя 1, снижаясь по сийусоидальному закону, переходит в область отрицательных значений (даже при отсутствии нагрузки в контактной сети и достижении отрицательного значения, равного сумме напряжения стабилизации стабилитрона 10 и напряжения включения динистора 11 100-150 В, в зависимости от типа выбранных стабилитрона и динистора, последний отпираете, в результате чего в цепи управления тиристора 9 появляется ток. Тиристор 9 отпирается и подключает параллельно дросселю 7 и токоограничивающему резистору 8 стабилитрон 10. В результате напряжения источника 6 оперативного напряжения, которое до включения тиристора 9 равно напряжению в контактной сети (если не учитывать небольщого падения напряжения на стабилитроне 17), скачком уменьщается до величины напряжения стабилизации стабилитрона 10 (т.е. до В). Так как напряжение на выходе силового выпрямителя в этот момент по абсолютной величине больше напряжения источника оперативного тока, то с включением тиристора 9 диод 13 запирается и через датчик 19 разрядного тока и разрядный диод 14 начинает протекать ток в обратном направлении. Если к этому моменту ток нагрузки контактной сети снижается до нуля (или если он вообще отсутствует), то при появлении разрядного

тока (тока разряда емкости 29) контактной сети) вентили тягового выпрямителя сразу же запираются. Так как разрядный ток, скачком достигнув максимального значения, сразу же начинает быстро уменьшаться, поскольку емкость 29 контактной сети и сопротивление датчика разрядного тока 19 невелика, то благодаря дифференцирующему действию конденсатора 21 на входе релейного элемента 20 появляется положитель ный сигнал, вызывающий срабатывание этого элемента. Единичный сигнал с выхода этого элемента поступает на вход формирователя 23 длительности импульсов, который расщиряет этот сигнал на время, необходи5 мое для полного исчезновения разрядного тока в самом неблагоприятном случае (на 30-40° или 1,6-2,2 мс). Единичный, сигнал с прямого выхода формирователя 23 переводит первый .триггер 25 в единичное состояние, который этим самым фиксирует мо0мент запирания вентилей силового выпрямителя и срабатывание релейного элемента 20. Одновременно нулевой сигнал с инверсного выхода формирователя 23 поступает на один из входов установки в «О

5 триггера 27, блокируя тем самым возможность возврата этого триггера в исходное состояние, пока не закончится процесс разряда емкости контактной сети и не установится оперативный ток (при протекании разрядного тока чувствительный элемент 16 за0 щиты выключен и, следовательно, не может препятствовать возврату триггера 27 в исходное состояние). После заверщения процесса разряда емкости контактной сети и установления оперативного тока состояние чувствительного элемента 16 определяется только величиной сопротивления изоляции контактной сети. Если это сопротивление ниже установленного значения, то чувствительный элемент 16 включится до появления единичного сигнала на инверсном выходе формирователя 23, при этом на инверсном выходе чувствительного элемента 16 появится сигнал нулевого уровня, который заблокирует возврат триггера 27 в исходное состояние (после появления сигнала нулевого уровня на прямом выходе формирователя 24 возврат триггера 27 в исходное состояние становится невозможным).

Работа устройства при прерывании больщих токов нагрузки незначительно отлича0 ется от описанного. В этом случае к моменту включения тиристора 9 в контактной сети еще протекает значительный ток, а выпрямленное напряжение силового выпрямителя продолжает изменяться по синусоидальному закону. Под действием разности этого напряжения и напряжения источника 6 оперативного напряжения через датчик 19 протекает часть тока нагрузки. Релейный элемент 20, так при прерывании малых токов