Устройство защиты тяговых сетей постоянного тока от короткого замыкания Советский патент 1989 года по МПК B60M3/00 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к защите тяговых сетей постоянного тока, и может быть использовано на магистральных и пригородных железных дорогах, метрополитене, трамвае, троллейбусе и т. д.

Цель изобретения - повышение чувствительности защиты.

На чертеже представлена функциональная блок-схема устройства защиты тяговых сетей постоянного тока от короткого замыкания.

Устройство содержит датчик тока, выполненный в виде токового измерительного шунта 1, включенного между шиной 2 подстанции и быстродействующим выключателем 3, связанным с исполнительным блоком 4, который через усилитель 5 связан с выходом элемента 6 выдержки времени, вход которого подключен к выходу нуль- органа 7, соединенного входом с выходом компаратора 8, инверсный вход которого подключен через резистор 9 к среднему выводу резистора 10, входящего в состав делителя напряжения, содержащего и резистор 11, подключенный через стабилитрон 12 с преобразователем 13 напряжения.

Прямой вход компаратора 8 через резистор 14 подключен к токовому измерительному шунту 1 и через резистор 15 к конденсатору 16, зарядному резистору 17 и диоду 18. Устройство содержит масштабный усилитель 19, входы которого через резисторы 20 и 21 подключены к токовому измерительному шунту 1, а на выходе которого подключен резистор 22 нагрузки и содержащий резистор 23 обратной связи.

Питание всей схемы может осуществляться либо от стабилитрона 12 делителя напряжения через преобразователь 13 напряжения, имеющий на выходе стабилизированное напряжение ±U со средней (нулевой) точкой, либо от изолированного трансформатора от сети 220В.

Устройство защиты работает следующим образом.

При отсутствии тока фидера на инверсный вход компаратора 8 подается отриЈъ

00

О5

дательное относительно нуля питания напряжение, пропорциональное напряжению подстанции (где К: - коэффициент пропорциональности), на его выходе положительное напряжение, удерживающее нуль- орган 6 в несработанном состоянии. На входе масштабного усилителя нулевые сигналы и на его выходе - потенциал нуля. Если в этот момент на линии в самой удаленной ее точке происходит короткое замы кание, через токовый измерительный шунт 1 (его сопротивление Ra) протекает ток короь кого замыкания, создавая на нем падение напряжения, пропорционально току шины 2. Отрицательное напряжение / & R (IkfK4H -- минимальный ток короткого замыкания) подается на прямой вход компаратора 8. Когда падение напряжения на шунте 1 сравнивается с падением напряжения на потенциометре 10 регулировки уставки, на выходе компаратора 8 появляется отрицательный сигнал, приводящий к срабатыванию нуль- орган 7 элемента 6 выдержки времени усилителя 5 и исполнительного элемента 4 отключения выключателя, в этом случае реализуют уставку срабатывания, определяемую соотношением

fcitV / i,/(,, откуда

lip «1

где Uia - среднее напряжение;

lcf -- средний ток.

Если выбрано ,, или , где Ro - сопротивление 1 км тяговой сети, Ik - расстояние от подстанции до места удаленного короткого замыкания, R.,, среднее сопротивление, то защита в этом случае работает как обычная защита сопротивления, защищая всю зону тяговой сети до ее удаленной точки.

Если же на линии имеется некоторая нагрузка /н, то на резисторе 22 нагрузки масштабного усилителя 19 появляется напряжение, равное RU1H - Спустя некоторое время, определяемое временем заряда конденсатора 16 через рез-истор 17, это напряжение появляется на конденсаторе 16. Теперь на инверсный вход компаратора 8 подается напряжение, равное , & на прямой вход - напряжение равное разности напряжений

IxRu R.«45

где ,им-ток короткого замыкания с учетом остаточного тока нагрузки; г- коэффициент пропорциональности.

При срабатывании устройства реализуется уставка, которую можно найти из соот

ношения k Utp-1,PR -5--1„ Кч-тт

/VI/ I 5

откуда

ср Км«1 й let Д15К14ltp

.

Х/,5)

- сопротивление резистора 14;

сопротивление резистора 15.

Уставка по сопротивлению уменьшается с ростом нагрузки. Если правильно выбрано /г2, то компаратор 8 сраба

ер

0

тывает и в этом случае, несмотря на уменьшение уставки по сопротивлению, выклю5 чатель 3 отключается.

Зависимость уставки по сопротивлению от величины тока нагрузки, предшествующего току короткого замыкания, выражается линейной зависимостью.

При сбросе нагрузки уставка по сопро0 тивлению практически мгновенно увеличивается до значения, соответствующего новому уменьшенному значению тока. Эги происходит благодаря быстрому рнзряд конденсатора 16 через диод 18 и резистор 22 ка5 ГРУЗКИ- величина которого много меньп.с сопротивления зарядного резистора 17. На конденсаторе 16 устанавливается новое значение напряжения, соответствующее напряжению на выходе масштабного усилителя 19, пропорционального новом значению тока

0 нагрузки к быстродейспп выключатель 3 срабатывает ri|.-n коряком замыкании в удаленной точм при новой }ставке.

Если вместо масштабюго сили;,ря сигнала, пропорционального POKV фидеоа, ис5 пользовать компаратор или пороговый элемент, настроенный ьа срабатывание при каком-то значении тока нагрузки, превышающем заданное значение, тогда можно скачком загрублять уставку защиты по сопротивлению (или по току, если вместо реле сопротивления использон.-j, ь юковое реле), начиная с некоторого значспиь тока фидера. Данный способ загрубления уставки защиты в зависимости от величины предшествующего тока загрузки можно применить

5 и для тяговых сетей 2x25 кВ, в которых при удаленных коротких замыканиях предшествующая нагрузка как правило не отключается при коротких замыканиях, так как напряжение в контактной сети практически i,e снижается из-за мощных автотрансформато0 ров и выпрямители электровозов в отличии от сет 25 кВ не запираются, т. е. в системе электроснабжения 2х25к так же как и в сетях постоянного тока ток удаленного короткого замыкания складывается с предшествующей нагрузкой, расположенной бли5 же к тяговой подстанции. Расчеты величины установившегося в зависимости от величины предшествующего тока нагрузки тока короткого замыкания показывают, что использование предлагаемого способа изменения уставок дистанционной или токовой защит позволит без принятия каких-либо дополнительных мер. в частности увеличения сечения тяговой сети, пропускать ток нагрузки примерно в 1,5 раза больше минимального тока короткого замыкания. Указанное позволит снять ограничение тяговых токов по условиям защиты и увеличить веса поездов и грузонапряженность дорог, что даст несомненный экономический эффект.

Формула изобретения

Устройство защиты тяговых сетей постоянного тока от короткого замыкания, содержащее датчик тока, выполненный в виде токового измерительного , включенного между шиной подстанции и быстродействующим выключателем, датчик напряжения фидера, включенный в цепь делителя напряжения и выполненный в виде по- геицкометра, средний вывод которого и один из выводов датчика тока через входные

резисторы подключены соответственно к инверсному и прямому входам компаратора, выход которого подключен к входу нуль- органа, соединенного выходом через элемент выдержки времени с входом исполнительного блока, связанного выходом с быстродействующим выключателем, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, оно снабжено масштабным усилителем, выполненным на операционном усилителе с

0 резистором обратной связи, резистором нагрузки, времязадающим конденсатором, зарядным резистором, шунтирующим его диодом и резистором изменения уставки, при этом прямой и инверсные входы масштабного усилителя подключены к выводам датчика тока, а выход - к одному из выводов резистора нагрузки и одному из выводов зарядного резистора, другой вывод которого подключен через резистор изменения уставки к прямом входч компаратора и к одной

0 из обкладок зремязадающего конденсатора, другая обкладка которого соединена с другим выводом резистора нагрузки.

Изобретение относится к устройствам защиты тяговой сети постоянного тока от короткого замыкания и обеспечивает повышение чувствительности защиты. Указанная цель достигается корректировкой уставки измерительного дистанционного органа защиты плавно или дискретно в сторону заглубления и пропорционально предшествующей нагрузке, а при быстром возрастании тока короткого замыкания уставку оставляют неизменной. Применение предлагаемого способа защиты позволяет увеличить массу поездов и грузонапряженность перевозок. 1 ил.

Шина 3,3к$