Устройство для защиты от замыкания на корпус электроустановки в цепи постоянного тока с изменяющимся напряжением Советский патент 1985 года по МПК H02H3/14 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты и сигнализации от замыкания на корпус силовой цепи тепловоза.

Известно устройство для защиты электрической цепи от короткого замьжания на корпус в цепи постоянного тока, основанное на принципе наложения переменного тока от дополнительного источника на контролируемую сеть с помощью мостовой схемы lj .

Недостатками устройства являются создание hoMex работе устройств этоматически источником переменного тока, зависимость комплексного : противления изоляции от времени : состояния окружающей среды, приводящая к изменению настройки моста, наличие слепой точки в работе устройства. Последний недостаток заключается в том, что при замыкании на корпус точки цепи с потенциалом, равным потенциалу незаземленной вершины измерительной диагонали моста, мост оказьгеается в равновесии и ток измерительной диагонали равен нулю. С учетом зоны нечувствительности измерительного устройства образуется слепая или мертвая зона, в пределах которой устройство замыкания на корпус не обнаруживает.

В значительной мере эти недостатки искупаются таким важным для тепловозов достоинством, как независимость работы устройства от напряжения контролируемой цепи постоянного тока, если это напряжение изменяется достаточно медленно.

Известно также устройство контроля изоляции, в котором используется мостовая схема с трехэлементным делителем из одинаковых сопротивлений, среднее из которых является потенциометром, с двухполюсньгм переключателем, позволяющим закорачивать любое крайнее сопротивление делителя. Переключение плеч моста вызывает перемещение измерительной диагонали, что дает два отсчета (один нулевой), которыми определяется сопротивление изоляции независимо от соотношения сопротивлений утечек полюсов сети 2J

Недостатками устройства являются необходимость выполнения ручных oneраций при измерениях, зависимость показаний устройства от напряжения сети.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для защиты электрооборудования от утечек тока на землю, в котором полюса сети периодически подключаются к заземленному сопротивлению нагрузки устройства, благодаря чему на нагрузке получается напряжение в виде последовательности разнополярных импульсов, амплитуды которы определяются величинами сопротивлений изоляции соответствующих полюсов сети. Напряжение нагрузки сравнивается компаратором с опорным напряжением прямоугольной формы, подаваемым от того же генератора, который управляет коммутацией полюсов сети. В случае возникновения утечки на компараторе появляется сигнал разбаланса, вызывающий отключение системы питания з,

Недостатками устройства является зависимость срабатывания устройства от напряжения контролируемой цепи, а также тяжелые условия работы ключе коммутатора - при полном напряжении сети. Последнее затрудняет использование полупроводниковых элементов в качестве ключей, так как напряжение сети на тепловозах, например, достигает 900В, а допустимое напряжения, ..пя полупроводников порядка 600В.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства путем обеспечения независимости срабатывания от изменения напряжения контролируемой цепи и расширение функциональных возможностей путем определения места замыкания.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор прямоугольного напряжения, управляющий двумя электронными ключами коммутатора, компаратор, опорный вход которого связан с генератором прямоугольного напряжения, а выход соединен с исполнительным органом, дополнительно введены два трехэлементных коммутируемых резистивньгх симметричных делителя напряжения контролируемой цепи, два трансформатора напряжения, два амплитудно-фазных различителя и выпрямитель, при этом первичная обмотка первого трансформатора напряжения включена между средними точками первого делителя напряжения, а вторичная обмотка через выпрямитель подсоединена к опорному входу компаратора, к сигнальному входу которого подключен общий вход двух встречно-включенных амплитудно-фазных различителей, входы которых подключены ко вторичным обмоткам второго трансформатора напряжения, причем один конец перви ной обмотки указанного трансформатор соединен с корпусом электроустановки а другой через первый электронный ключ коммутатора подключается к сред ним точкам второго делителя напряжения, второй электронный ключ подсоединен в разрыв цепи между средним резистором и резистором минусовой шины контролируемой цепи первого делителя напряжения. На фиг. 1 приведена схема моста, состоящего из плеч трехэлементного делителя 1 и частей сопротивления приемника 2, разделенных точкой d замыкания на корпус. Плечи делителя 1 периодически переключаются секцией электронного коммутатора 3.1, питаемым от генератора знакопеременного прямоугольного напряжения 4. В измерительной диагонали моста стоит трансформатор 5, на двух вторичных обмотках которого собраны амплитудно-фазовые различители 6 и 7, выходы которых включены встречно, а опорные напряжения подаются в противофазе от генератора 4. Алгебраическая разность постоянных составляющих напряжений с амплитудно-фазовых различителей 6 и 7 подается в качестве сигнала на компаратор 8 и далее на исполнительное устройство 9 в виде сигнализатора или коммутирующего аппарата. Опорное напряжение снимается с трехэлементного делителя 10, периоди чески включаемого секцией коммутатора 3.2, в виде последовательности знакопостоянных прямоугольных импуль сов, которые через развязьшающий трансформатор 11 подаются на вьтрямитель 12 и далее на компаратор 8. Величина/опорного напряжения таким образом получается прямо пропор- . циональной напряжению контролируемой цепи. Для облегчения поиска места замыкамин на корпус устройства снабжено вольтметром с нулем посредине шкалы, подключаемым с помощью переключателя 13 поочередно к вьпсодам амплитудно-фазовых различителей. Б случае замыкания на корпус какой-либо точки цепи в измерительной диагонали возникает последовательность прямоугольных импульсов тока вследствие работы коммутатора 3.1. Удобно эту последовательность представить в виде совокупности двух по:следовательностей, соответствующих разным положениям ключа коммутатора 3.1 (а ив ). Амплитуда импульсов последовательности 01 зависит от верхней части сопротивления приемника 2, определякицей разность потенциалов (fq - (fjj на измерительной диагонали, где Cf - потенциал корпуса. Амплитуда импульсов последовательности в зависит от нижней части сопротивления приемника 2, определяющей разность потенциалов tfg - q j на измерительной диагонали. Тогда разиость амплитуд импульсов а и 8 будет определяться только разностью потенциалов точек Q и в ()-l46-tfd(fa-464qbj причем независимо от положений точки замыкания на корпус. Этим полностью устраняется слепая точка в работе устройства. На фиг. 2 показаны графики, иллюстрирующие процессы, происходящие в измерительной диагонали. На фиг. 2 изображено пять случаев процессов в устройстве, соответствующих разным соотношениям потенциала точки d относительно потенциалов точек див ( Ча J ЧсЗ Чв Чв; С|). Каждый случай иллюстрируется тремя графиками, показывающими форму тока 1д и g в нагрузке каждого из амплитуднофазных различителей 6 и 7 и их разHoCTbiq- g, полученную за счет последовательного встречного включения нагрузок относительно входа компаратора 8. Конденсаторы фильтров АФР при этом должны быть отключены. Следует заметить, что графики tp и« g на фиг. 2 также соответствую ют форме тока измерительной диагонали моста устройства в положениях Q и в коммутатора 3.1. Напряжения на нагрузках 6 и 7 и входе компаратора в силу линейности устройства

повторяют форму токов (при отключенных конденсаторах),

При подключенных конденсаторах на нагрузках вьщеляются постоянные составляющие токов (напряжений)(, и 10 , показанные на фиг. 2 пунктиром. Разность этих постоянных составляющих IQ, - Ig , точней - пропорциональное этой разности напряжение, является входным сигналом компаратора.

Разность амплитуд импульсов тока о, и и разность постоянных составляющих этих токов TO- 1 8 не зависит от положений точки замыкания на корпус, чем устраняется слепая точка в работе устройства.

Последовательности импульсов а и В выделяются амплитудно-фазовыми различителями 6 и 7, опорные напряжения которых подаются в противофазе от генератора знакопеременного прямоуго ного напряжения 4, благодаря чему различители 6 и 7 работают поочередно. Вследствие встречного включения выходов различителей 6 и 7 на выходе блока различителей получается сигнал в виде знакопостоянного напряжения, прямо пропорционального напряжению иqg, т.е. прямо пропорционального напряжению питающей сети

При коротком замыкании на корпус любой точки цепи при любом напряжении питания компаратор 8 срабатьшает, так как опорное напряжение в такой же степени зависит от напряжения питания, как и сигнал.

Из временных графиков фиг. 2 видно, каковы полярности напряжений на выходах амплитудно-фазовых различителей 6 и 7, а следовательно, в какую сторону отклоняется от нуля, расположенного посредине; шкалы, стрелка вольтметра. Например, если стрелка вольтметра в обеих позициях переключателя 13 отклоняется влево, то это означает, что замыкание на корпус произошло в ПОЛЮСОВОЙ шине или примыкающей к ней части нагрузк Если стрелка отключается в разные стороны при манипуляци переключателя 13 вольтметра, то замыкание произопшо в средней части приемникаJ если стрелка вольтметра в обеих nor зициях его переключателя 13 отклоняется вправо, то замыкание на корпус произошло в минусовой шине или примыкающей к ей части нагрузки.

Предлагаемое устройство может эффективно работать на тепловозе, напряжение . силовой сети которого изменяется в широких пределах - в 15 раз (60 - 900В), а наличие вибрации и тряски в присутствии следов дизельного топлива делает высокой вероятность -пожара при замыкании на корпус проводов сети или приемников.

Брэмя поиска неисправности за счет дополнительной информации, получаемой от показаний вольтметра, сокращается, тем самым уменьшается время простоя тепловоза.

Lii. г

Фиг.г

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА КОРПУС ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ В ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ИЗМЕНЯК 1ИМСЯ НАПРЯЖЕНИЕМ, содержащее генератор прямоугольного напряжения, управлякящ двумя электронньми ключами коммутатора, компаратор, опорный вход которого связан с генератором прямоугольного Напряжения, а выход соединен с исполнительным органом, отличающееся тем, что, с целью повьшения надежности работы путем обеспечения независимости срабатывания от изменения напряжения контролируемой цепи и расширения функциональных возможностей путем определения места замыкания, в него дополнительно введены два трехзлементных коммутируемых резистивных симметричных делителя напряжения контролируемой цепи, два трансформатора напряжения, два амплитудно-фазных различителя и выпрямитель, при этом первичная обмотка первого Трансформатора напряжения включена между средними точками первого делителя напряжения, а вторичная обмотка через выпрямитель подсоединена к опорному входу компаратора, к сигнальному входу которого подключен общий i выход двух встречно включенных ампли(Л тудно-фазных различителей входы с которых подключены ко вторичным обмоткам второго трансформатора напряжения, причем один конец первичной обмотки указанного трансформатора соединен с корпусом электроустановки, а другой через первьй электронный ключ коммутатора подключен к средним точкам второго делителя напряжения, ел второй злектронН ключ подсоединен о в разрыв цепи между средним резистоО) ром и резистором минусовой шины 00 контролируемой цепи первого делителя напряжения.