Устройство для защитного отключения контактной сети Советский патент 1988 года по МПК H02H3/17 

(Л

с

tSue.f

этом за1}яжается с полярностью плюс на обкладке, соединенной с анодной группой тиристоров 2,4,6 выпрямителя 7. Разрядный резистор 21 и разрядный диод 22 обеспечивают быстрый разряд ;емкости 9, после чего ток в датчике 18 изменяет свое направление. Напряжение на датчике 18 определяет величину сопротивления 10 утечки. При ;этом емкость 9 сети не оказывает влияния на процесс измерения сопротивления 10 утечки, В случае, если сопротивление 10 утечки ниже допустимого, устройство блокирует открытие управляемого выпрямителя 7 до тех пор, пока сопротивление 10 утечки станет вьппе допустимого, а формирование оперативного напряжения тиристорами 14,15 будет продолжаться с определенной частотой. Изобретение позволяет осуществлять проверку сопротивления утечки и автоматически восстанавливать энергоснабжение после восстановления сопротивления без применения дополнительного источника оперативного напряжения. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для контроля величины тока.утечки в сети постоянного тока в паузы силового питания. Цель изобретения - повьшение энергетических показателей и надежности функционирования устройства. Вспомогательные тиристоры 14 и 15 совместно с тиристорами 1, 6 управляемого выпрямителя обеспечивают работу его в инверторном режиме за счет энергии, накопленной в индуктивности 8 тяговой сети. Емкость 9 тяговой сети при .

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для защитного отключения от утечек тока в шахтной контактной сети постоянного тока с периодическим пре- рыванием цейи нагрузки посредством управляемого выпрямителя.

Цель изобретения - повышение энергетических показателей и надежности функционирования устройства,

На фиг.1 приведена, схема устройства; на фиг,2иЗ- диаграммы сигналов на выходах элементов, составляющих предложенное устройство, поясняющие его работу,

Тиристоры силового управляемого вьтрямителя 7 осуществляют преобразование трёхфазного переменного напряжения в постоянное, подключенное к тяговой сети. Распределенные индуктивность, емкость и активное сопротивление утечки тяговой сети представлены соответственно элементами 8,9, и 10, С тяговой сетью через вен

тильный заградитель 11 связана нагруз

25

ка 12, охваченная буферным диодом 13. К линейному питающему напряжению АС подключены элементы формирования оперативного напряжения: тиристор 14, связанный анодом с положительным по- 30 лгосом выпрямителя 7, и тиристор 15, катод которого через последовательно соединенные стабилизатор 16 напряжения, первый отсекающий диод 17,включенный согласно протеканию оператив- 35 ного тока, и датчик 18 оперативного

тока, выполненный в виде резистора, подключен к отрицательному полюсу выпрямителя 7, Элемент ,19 опорного напряжения стабилизатора 16 через второй отсекающий диод 20 связан с положительным полюсом выпрямителя 7, к которому через разрядный резистор 21 и разрядный диод 22 подключена точка соединения первого отсекающего диода 17 и датчика 18 оператив- ного тока, причем разрядный 22 и отсекающий 20 диоды включены встречно выпрямленному напряжению. Датчик 18 оперативного тока охвачен последовательно соединёнными ограничивающим резистором 23 и пороговым элементом на стабилитроне 24, Параллельно последнему подключен вход чувствительного органа 25, связанного выходом с первым входом элемента 26 ПАМЯТЬ,второй вход которого подключен к выходу формирователя 27 селекторных импульсов.

Входы формирователя 27 селекторных импульсов связаны с выходами делителя 28 частоты, выполненного в виде сдвигающего регистра, и вторым выходом формирователя 29 импульсов, подключенного первым выходом к входу делителя 28 частоты, а входами к переменному питающему напряжению. Выход элемента 26 ПАМЯТЬ связан с входом инвертора 30 и первым входом элемента 31 2И-НЕ, подключенного вторым входом к выходу делителя 28 частоты.

Выходы элемента 31 2И-НЕ, инвертора 30 и делителя 28 частоты через усилители 32 - 34 с гальванической развязкой выходнь1х. сигналов связаны со- ответственно с управляющими элементами тиристоров 2 - 5, 1, 6 и 14,15,

Первый вход элемента 26 ПАМЯТЬ, связанный с выходом чувствительного органа 25, подключен к первому входу элемента 35 2И-НЕ, выход которого соединен с первыми входами RS-триг- гера 36 и второго элемента 37 2И-НЕ, подключенного выходом к второму вхо- .ду RS-триггера 36. Вторые входы элементов 35 и 37. 2И-НЕ объединены и являются вторым входом элемента 26 ПАМЯТЬ, выходом которого является первый выход RS-триггера 36,

На выходах формирователя 29 импульсов переменное сетевое напряжение преобразовывается в последовательность однополярных сигнал-ов низкого и высокого уровней. На первом выходе формирователя 29 импульсов, связанного с входом делителя 28 частоты, переход сигналов с высокого уровня на низкий происходит, когда одновременно проводят ток тиристор 1 катодной группы фазы А и тиристрр 6 анодной группы фазы С управляемого выпрямителя 7, Это обеспечивается, например, в том случае, если положительная полярность линейного напряжения ВС соответствует сигналу высокого уровня, а отрицательная -полярность указанного напряжения - сигналу низкого уровня на первом выходе формирователя 29 импульсов. На втором выходе последнего узкий сигнал низкого уровня формируется в момент появления отрицательной полярности линейного напряжения АВ,

Допустим, что до момента t

10

15

вьтрямителем 7, которое через вентильный заградитель П питает нагрузку 12, В момент времени t линейное напряжение ВС переходит в облас ть отрицательных значений и происходит очередная смена сигнала высокого уровня на низкий на первом выходе формирователя 29 импульсов, что вызьтает появление на выходе делителя 28 сигнала низкого уровня. Последний поступает на первый вход элемента 31 2И-НЕ и блокирует поступление сигналов с выхода усилителя 33 на управляющие электроды тиристоров 2 - 5, а также одновременно через выходной усшти- тель 32 обеспечивает подачу сигналов на управляющие электроды тиристоров 14 и 15, При э том амплитуда положительной полуволны фазы А и отрицательной полуволны фазы С превыпает амплитуды напряжений остальных фаз переменного напряжения и тиристоры 1 и 6 продолжают проводить ток, тиристоры 2-5 закрываются, а тиристоры 14 и 15 оказьтаются подготовленными к открыванию, Б результате н апряжение в тяговой сети повторяет изменение линейного напряжения АС, Если нагрузка 12 находится на значительном удалений от выпрямителя 7, последний за счет энергии, накопленной в индуктивности 8 тяговой сети, при t переходит в инверторный режим (после перехода через ноль линейного напряжения АС) и напряжение на выходе выпрямителя 7 изменяет знак на противоположный рабочему вьтрямленно- му напряжению. Ток при этом продол- 40 жают проводить тиристоры 1 и 6 выпря- . мителя 7, Наибольшая возможная длительность инверторного режима выпрямителя составляет 90 эл,град, (до момента спада тока в тяговой сети до

20

25

30

35

(фиг.2) на выходе делителя 28 часто- - нуля). После окончания инверторного

ты и элемента 26 ПАМЯТЬ присутствуют сигналы высокого уровня , а, следовательно, на выходах элемента 31 2И-НЕ и инвертора 30 - сигналы низкого уровня. Последние через выходные усилители 33, 34 обеспечивают подачу на управляющие, электроды тиристоров - 6 открьгеающих сигналов, а сигнал высокого уровня на выходе

50

режима работы выпрямителя 7 при емкость 9 тяговой сети оказывается заряженной с полярностью плюс на обкладке, соединенной с анодной группой тиристоров 2, 4 и 6 -выпрямителя 7 . Если уровень напряжения на емкости 9 выше уровня оперативного напряжения, то протекание оперативного тока для измерения величины сопротивделителя 28 частоты блокирует поступ- gg ления 10 утечки невозможно. Поскольку ление сигналов с выхода усилителя 32 емкость 9 тяговой сети может разря- на управляющие электроды тиристоров жаться по внешней цепи только через 14 и 15. Этим обеспечивается формирование рабочего напряжения управляемым

сопротивление 10 утечки (вентильный заградитель 11 исключает протекание

5

вьтрямителем 7, которое через вентильный заградитель П питает нагрузку 12, В момент времени t линейное напряжение ВС переходит в облас ть отрицательных значений и происходит очередная смена сигнала высокого уровня на низкий на первом выходе формирователя 29 импульсов, что вызьтает появление на выходе делителя 28 сигнала низкого уровня. Последний поступает на первый вход элемента 31 2И-НЕ и блокирует поступление сигналов с выхода усилителя 33 на управляющие электроды тиристоров 2 - 5, а также одновременно через выходной усшти- тель 32 обеспечивает подачу сигналов на управляющие электроды тиристоров 14 и 15, При э том амплитуда положительной полуволны фазы А и отрицательной полуволны фазы С превыпает амплитуды напряжений остальных фаз переменного напряжения и тиристоры 1 и 6 продолжают проводить ток, тиристоры 2-5 закрываются, а тиристоры 14 и 15 оказьтаются подготовленными к открыванию, Б результате н апряжение в тяговой сети повторяет изменение линейного напряжения АС, Если нагрузка 12 находится на значительном удалений от выпрямителя 7, последний за счет энергии, накопленной в индуктивности 8 тяговой сети, при t переходит в инверторный режим (после перехода через ноль линейного напряжения АС) и напряжение на выходе выпрямителя 7 изменяет знак на противоположный рабочему вьтрямленно- му напряжению. Ток при этом продол- 0 жают проводить тиристоры 1 и 6 выпря- . мителя 7, Наибольшая возможная длительность инверторного режима выпрямителя составляет 90 эл,град, (до момента спада тока в тяговой сети до

0

5

0

5

нуля). После окончания инверторного

50

режима работы выпрямителя 7 при емкость 9 тяговой сети оказывается заряженной с полярностью плюс на обкладке, соединенной с анодной группой тиристоров 2, 4 и 6 -выпрямителя 7 . Если уровень напряжения на емкости 9 выше уровня оперативного напряжения, то протекание оперативного тока для измерения величины сопротивления 10 утечки невозможно. Поскольк емкость 9 тяговой сети может разря- жаться по внешней цепи только через

сопротивление 10 утечки (вентильный заградитель 11 исключает протекание

тока разряда емкости через нагрузку, и отсекающий диод 17 - через источник оперативного напряжения), для ускорения ее разряда служит разрядная цепочка, состоящая из разрядного ре фистора 21 и разрядного диода 22, Че- указанные элементы и датчик 18 оперативного тока осуществляется быстрьй разряд емкости 9 тяговой се- Ти до уровня напряжения оперативного источника, после чего ток в датчике ;18 оперативного тока изменяет направление и протекает по цепи фаза G - тиристор 15 - стабилизатор 16 напря- жения - первый отсекающий диод 17 -. датчик 18 оперативного тока - сопро- |тивление 10 утечки - тиристор 14 - фаза А питающего переменного напря- jжения. Кроме того, ток источника one- ративного тока протекает через раз- iрядные диод 22 и резистор 21, вклю- ;ченные параллельно датчику 18 опера- -тивного тока и сопротивлению 10 утечки, соединенным последовательно, Бла- годаря наличию Стабилизатора 16 нап- ряж.ения., величина напряжения на выходе которого определяется элементом 19 опорного напряжения, уровень опе- р ативного напрятиения, прикладываемый к последовательно соединенным датчику 18 оперативного напряжения и соп- ротивленит 10 утечки, будет стабильным до момента снижения амплитудного значения линейного напряжения АС ниже уровня стабилизации элемента 19 опорного напряжения. Поскольку величина сопротивления датчика 18 оперативного напряжения постоянна, то уровень выделяемого на нем напряжения оказывается обратно пропорциональным величине сопротивления 10 утечки. Высокая стабильность уровня оперативного напряжения,даже при больших значениях сопротивления 10 утечки, обеспечивается за счет протекания тока источника оперативного напряжения через разрядные диод 22 и резистор 21. При зтом протекание тока по указанным элементам не влияет на точ- ность измерения сопротивления утечки, поскольку он не протекает через датчик 18 оперативного тока,

В случае, когда нагрузка 12 в тяговой сети отсутствует или находится вблизи выпрямителя 7, инверторный режим последнего отсутствует, и сразу же после перехода вьтрямленного напряжения через ноль начинают проводить

5 д g

g

5

тиристоры 14, 15 (точка tio ). Емкость 9 сети при зтом заряжается до уровня источника оперативного напряжения и в дальнейшем не влияет на процесс измерения сопротивления 10 утечки.

При инверторном режиме работы выпрямителя 7, заряде емкости 9 тяговой сети от оперативного источника или резком уменьшении сопротивления 10 утечки на датчике 18 оперативного тока выделяются значительные уровни напряжения. Для защиты входных цепей чувствительного органа 25 от высоких напряжений в указанных вьше режимах параллельно датчику 18 оперативного тока включены ограничивающий резистор 23 и пороговый злемент 24, включенные последовательно. Сигнал с выхода датчика 18 оперативного тока через ограничивающий резистор 23 поступает на вход чувствительного органа 25, Изменения выходного сигнала последнего в переходных режимах не вызывают изменения состояния элемента 26 ПАМЯТЬ, поскольку на втором его входе с выхода формирователя 27 селекторных импульсов присутствует блокирующий сигнал низкого уровня. После окончания переходных процессов, связанных с прерыванием тока в тяговой сети и подачей на нее оперативного напряжения, при tg- на втором выходе формирователя 29 импульсов появляется узкий сигнал низкого уровня, Сов- падр.ние двух сигналов низкого уровня на входах формирователя 27 селекторных импульсов приводит к появлению узкого сигнала высокого уровня на его выходе, разрешающего -прием информации элементом 26 ПАМЯТЬ, Поскольку в этот период времени сигнал на входе чувствительного органа 25 зависит только от величины сопротивления 10 утечки, то на его выходе присутствует сигнал низкого или высокого уровня, свидетельствующий соответственно о недопустимой или допустимой величине сопротивления 10, утечки в тяговой сети. Если на выходе чувствительного органа присутствует при этом сигнал низкого уровня, то на выходах элементов 35 и 37 2И-НЕ устанавливаются соответственно сигналы высокого . и низкого уровней, что вызьшает появление на первом выходе RS-тригге- ра 36, а следовательно, и на выходе элемента 26 ПАМЯТЬ г.нгнпля низкого

уровня. Последний поступает на первый вход элемента 31 2И-НЕ и на вход элемента 30, и сигналами высокого уровня на выходах указанных элементов блокируется подача управляющих сигна- лов усилителями 33 и 34 на управляющие электроды тиристоров 1 - 6, управляемого выпрямителя 7,чем исключается формирование рабочего напряжения до момента времени, пока сопротивление утечки 10 станет больше допустимого значения. Нормирование оперативного напряжения тиристорами 14 и 15 при этом будет продолжаться с частотой, определяемой периодом следования сигналов низкого уровня на выходе делителя 28 частоты (см, фиг.З).

Если на выходе чувствительного органа 25 в момент появления.сигнала высокого уровня на выходе формирователя 27 селекторных, импульсов присутствует сигнал высокого уровня, то на выходах элементов 35 и 37 2И-НЕ устанавливаются соответственно сигналы

низкого и высокого уровней, что соответствует наличию на первом выходе RS-триггера 36, а следовательно, и

на вьгходе элемента 26 ПАМЯТЬ сигнала высокого уровня, который не препятст вует работе устройства, задаваемого выходными сигналами делителя 28 частоты. После появления на выходе формирователя 27 селекторных импульсов сигнала низкого уровня, блокирующего прием от чувствительного органа 25 информации элементом 26 ПАМЯТЬ, на выходах элементов 35 и 37 2И-НЕ устанавливаются сигналы высокого уровня, не влияющие на изменение состояния RS-триггера 36, и последний сохраняет информацию, принятую элементом 26 ПАМЯТЬ с выхода чувствительного органа 25 при ty до следующего момента измерения сопротивления утечки (t ).

В момент t6 прекращается формирование оперативного напряжения,включаются тиристоры 1,6 (так как на их электродах присутствуют управляющие сигналы с выхода усилителей 34) и начинается снова формирование рабочего напряжения. Последнее, возрастая по синусоиде, при t, достигает значения, при котором уровни напряжения положительной полярности фазы А и отрицательной полярности фазы С имеют больщую, по отношению к другим фазам, величину. В этот же момент

0

5

0

О

времени линейное напряжение ВС переходит через ноль в область отрицательных значений, что вызывает очередной переход сигнала на первом выходе формирователя 29 импульсов с высокого уровня на низкий, а следовательно, на выходе делителя 28 частоты появляется снова сигнал высокого уровня. Последний блокирует поступление сигналов на управляющие электроды тиристоров 14 и 15 и разрешает поступление сигналов на управляющие электроды тиристоров 2-5, чем обес- 5 печивается формирование рабочего напряжения выпрямителем 7. При этом отсекающий 20 и разрядный 22 диоды исключают протекание тока через элементы формирования оперативного напряжения .

Спад и нарастание рабочего напряжения по синусоидальному закону перед началом и после окончания процесса -формирования оперативного напряжения контроля сопротивления утечки способствуют появлению в тяговой сети минимального уровня высокочастотных помех, влияющих на работу устройств СЦК.

Формирование рабочего напряжения вьтрямителем 7 осуществляется до момента времени tg,.при котором происходит очередной переход сигнала на выходе делителя 28 частоты с высокого уровня на низкий, и процессы,описанные выше, повторяются. Наибольшее время между двумя очередными измерениями сопротивления утечки при номинальном уровне напряжения в тяговой сети 275 В составляет 0,4 с.

5

Подключение вспомогательных тиристоров и синхронизация их открытия позволят без применения дополнительного источника оперативного напряжения до подачи в тяговую сеть рабоч го напряжения осуществлять предварительную проверку величины сопротивления утечки и автоматически восстанавливать энергоснабжение потребителей после восстановления сопротивления утечки при его увеличении до величины больше заданной.

За счет естественного закрытия вспомогательных тиристоров при смене полярности питающего напряжения и включения второго.отсекающего диода сводится к нулю энергопотребление элементами источника оперативного

напряжения в процессе формирования рабочего напряжения.

Включение параметрического стабилизатора с управляемым входом поз- ролит сущестйенно снизить внутреннее ропротивление источника оперативного напряжения и тем самым увеличить точность измерения величины сопротивления утечки.

Включение первого отсекающего диода, разрядных резисторов и диода по Ьредлагаемой схеме позволит исключить Ьротекание тока разряда емкости сети

И тока от реактивной составляющей ин- 15 ° диода, подключенного катодом к

дуктивности тяговой сети через эле- j eHTbi формирования оперативного напряжения.

|Формула изобретения I Устройство для защитного отключения контактной сети постоянного тока, {содержащее соединенный по трехфазной мостовой схеме силовой управляемый вьтрямитель, с выводом анодной 1Пы тиристоров силового управляемого выпрямителя соединен первый вывод датчика оперативного тока и анод стабилитрона, параллельно которому подключен вход чувствительного органа, причем второй вывод датчика оперативного тока подключен к катоду первого отсекающего диода, соединенного ано- :дом с выходом параметрического стабилизатора оперативного напряжения,разрядный резистор, первый вывод которо- го подключен к катоду разрядного диода, синхронизированньй с питающим напряжением формирователь импульсов, первый выход которого через делитель частоты связан с первым входом формирователя селекторных импульсов, а также RS-триггер, токоограничиваю- щий резистор, элемент опорного напряжения и первый вспомогательньш тиристор, отличающееся тем, что, с целью повьшения энергетических показателей и надежности функционирования, в него введены второй отсекающий диод, три элемента 2И-НЕ, инвертор, три усилителя и второй вспомогательный тиристор, подключенный анодом к выводу катодной группы

тиристоров силового управляемого выпрямителя, а катодом - к выводу для подключения к одной из фаз источника переменного напряжения, к выводу для подключения к второй фазе источника переменного напряжения подключен анод первого вспомогательного тиристора, подключенного катодом к входу параметрического стабилизатора оперативного напряжения, выполненного с управляющим выводом, который через элемент опорного напряжения, соединен с анодом второго отсекающе0

выводу катодной группы тиристоров силового управляемого выпрямителя, к которому также подключен второй вывод разрядного резистора, а анод разрядного диода подключен к второму выводу датчика оперативного тока, к которому также подключен первый вывод токоограничивающего резистора, второй вывод которого соединен с ка5 тодом стабилитрона, причем второй вывод формирователя импульсов соединен с вторым входом формирователя селекторных импульсов, выход которого подключен к первым входам первого

0 и второго элементов 2И-НЕ, выход чувствительного органа соединен с вторым входом первого элемента 2И-НЕ, подключенного выходом к З-входу КЗ- триггера и к второму входу второго элемента 2И-НЕ, подключенного выходом к R-входу КЗ-триггера, выход которого подключен к входу инвертора и первому входу третьего элемента 2И-НЕ, выход делителя частоты соединен с вторым входом третьего элемента 2И-НЕ и через первый усилитель - с управляющими электродами вспомогательных тиристоров, выход инвертора через второй усилитель соединен с управляющими электродами двух тиристоров силового управляемого выпрямителя, встречно параллельно которым включе ш вспомогательные тиристоры, а к управляющим электродам остальных тиристоров силового управляемого выпрямителя через третий усилитель подключен выход третьего элемента 2И-НЕ.

5

0

5

0

илс. иве.. Шп / ,с /

ийс „ иве., идв я / / /Us

%.../5

Фиг, г