Устройство для защиты контактной сети от аварийных режимов Советский патент 1990 года по МПК H02H3/17 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты кон- сетей постоянного тока РУДНичнои электровозной откатки с периодическим и непериодическим (аварийным) прерыванием

цеТю изобретения является повышение надежности работы и расширение функциональных возможностей путем защиты от тока перегрузки с введением автоматического повторного включения и самоконтроля устр оиства приведена функциональная

блок-схема устройства защиты.,

Устройство содержит таймер , используемый в качестве исто чника Ремязадаю ших импульсов, имеющий первый (прямой) и втооой (инверсный) выходы, Ш1емент 2 совпадения, в одну из управляющих цепей которого включен первый выход таймера 1,

источник 3 оперативного напР« « ; 7с ты коммутирующий ключ 4, датчик 5 тока источника 3 оперативного напряжения зашиты, блок 6 измерения сопротивления утечки (эпементы 3-6 включены функционально ™ едовательно и составляют замкнутый к HTVP) При этом сопротивление утечки (6) представляет собой совокупность после- AoBaT ibHO включенных эталонного резисто- оа 7 и сопротивления 8 изоляции кон- тактной сети. Падение напряжения с резистора 7 от тока утечки поступает на чувст ви ельный элемент 9, включенный по схеме ПА ЧЯТЬ установочный вход элемента а включен на второй выход таймера 1. Ири- Ци чувствительный элемент 9 для его работы от аналогового сигнала, поступающего с резистора 7, выполнен в виде аналого-дис- кретного преобразователя и элемента ПАМЯТЬ В свою очередь положительный полюс источника 3 подключен через резис- TOD 7 к отрицательному проводу контактной сети (на «- тягового преобразова- геля) а отрицательный полюс источника 3

через элементы 4 и 5 подключен к положительному проводу контактной сети (на « + тягового преобразователя).

Выход датчика 5 подсоединен к счетному входу триггера 10, установочные входы крто- 5 роГпо дклю чены к второму выходу па 1 и выходу одновибратора 11, подклю- SeHHoro к источника 12 оперативны напряжений, который служит для питания элементов устройства, а одновибратор 11 - для формирования в момент подачи на уст- 0 ройство питающего напряжения одиночного импульса и установки в исходное состояние триггерных элементов таймера, элементов задрржки и триггеров. Управляющая цепь Гмм у ирующ го ключа 4 ™дключена к инверсному выходу таймера 1, а выход эле- 35 мента 9 - к одной из управляющих цепей элемента 2 совпадения. Причем f обеспечения устойчивой работы выполнен также на аналого-дискретном преобразователе с релейным формированием выходного сигнала Элементы 1-10 устройства обеспе- ° чивают формирование основного и оператив- ногоТапряже ий и контроль утечек в контактной сети При этом период и скважность следования имп;льсов таймера 1 определень, с учетом уровня напряжения контактной 4 сети и времени его возможного действия на организм человека. При напряжении контактной сети 275 В ( . рудничной электровозной откатке) наиба ь ший период цикла равен 0,2 с. Длительность прерывания цепи тока определяется 50 допустимыми пульсациями тока в цепи нагрузки и необходимым временем для на д ежной проверки утечек тока в контактной сети При этом время паузы для проверки уГечек складьшается из суммы времени выбега тиристоров преобразователя рассе 55 вания энергии, накопленной индуктивностью контактной сети, самоконтроля заданного алгоритма, собственно проверки утечки тока, окончания «переходных процессов в системе.

тяговый преобразователь - источник оперативного напряжения защиты - коммутирующий ключ - распределенные параметры контактной сети.

В реальном исполнении устройства час- тота прерывания равна 5 Гц, суммарная длительность цикличной паузы равна 63- Ю с при скважности тока 0,9685.

Кроме того, устройство содержит датчик 13 тока контактной сети, линейный уси,ли- тель 14, три пороговы.х усилителя 15 - 17, прис(.)единенных (соотргетственно кажд|)т| через э, 1е.1енп 18 20 задержки к входам первого эле.мента ИЛИ 21, вы.ход которого связан со счетным входом дополнительного триггера 22. Причем единичный выход триггера 22 подключен к одной из унраи- ,1яюни1.х ueneii .1емента 2 совнадення, а также связан со счетны.м в.ходом счетчика 23 импульсов и входом время- задаюп1его э.емента 24 автоматическо- го повторного включения. В|51Х()ды усн- лите.1ей 15- 17 соединены с входом формирователя 25 стирающи.х импульсов, его выход - с установочными входами элементов 18-20. Для исключения воздействия прерываний тока на работу элементов 15-17 в схеме линейного усилителя 14 предусмотрена корректирующая цепь, посредством которой достигается непрерывность выходного сигнала элемента 14 (корректирующая цепь не показана). При этом нагрузка 26 контакт- ной сети для исключения перенапряжений в момент прерывания тока охвачена обратным диодом 27. Для исключения замыкания на нагрузку 26 источника 3 оперативного напряжения защиты, напряжение которого обратно по знаку основному напря- жению контактной сети, нагрузка отделена вентильным заградителем 28.

Элементы 15-17 подключены к входу формирователя 25 через второй элемент ИЛИ 29. Выход элемента 25 через третий 30, четвертый 31 и пятый 32 элементы ИЛИ подклю- чен к установочным входам соответственно элементов 18-20 задержки. Вторые входы элементов 30-32 объединены и подключены к выходу одновибратора 11. Одновременно выходы пороговых усилителей 15-17 через первый 33, второй 34 и третий 35 элементы 2И присоединены соответственно к счетным входам элементов 18-20, а вторые входы элементов 33-35 объединены и присоединены к прямому выходу таймера 1.

В элементах 18-20 эффект задержки до- стигается путем счета импульсов заданного количества, поступающих от таймера 1.

Установочные входы времязадающего элемента 24, триггера 22 и счетчика 23 импульсов через щестой 36, седьмой 37 и восьмой 38 соответственно элементы ИЛИ при- соединены к выходу одновибратора 11, а вторые входы эле.ментов 36-38 подключены к выходу триггера 22, элемента 24 и элемен

5

5

0 0 о 5

О

Q

5

б

та 23 соответственно. Счетный вход элемента 24 через четвертый элемент 2И 39 ПОЛК.ЛЮЧОН к iibix(),:y григгер; 22 и прялюму выходу таймера 1.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на с.хему устройства напряжения питающей сети пере.менного тока формируются напряжения источника 3 оперативного напряжения защиты и источника 12 оперативных напряжений - появление переднего фронта напряжения на входе одновибратора 1 1 приводит к появлению на его выходе одиночного импульса. Последний сигнал, сформированный по знаку и длительности, поступает на установочные входы цифровых эл ементов l, lO, 18, 19, 20, 22. 23, 24 и устанавливает их в исходное потребное состояние. При этом сигналы на управляющих цепях э,1емента 2 совпадения следующие: с выхода элементов 1 и 10 - блокирующие (нулевые), с вы.хода элементов 9, 22, 23 -- разрещающие (единичные); нулевыми сигналами наложен запрет на формирование рабочего напряжения.

При поступлении сигнала с инверсного выхода таймера 1 на управляющую цепь ко.ммутирующего ключа 4 последний включается и оперативное напряжение защиты по цепи 3--4-5-6 - (7-8)- 3 поступает на контактную сеть - осуществляется проверка состояния изоляции контактной сети и самоконтроль заданного алгоритма работы. При наличии (целости) цени 3 4 5-6(7-8)- 3 протекающий ток заряда распределенной емкости контактной сети CHDUI- лом датчика 5 переводит триггер 10 в дру1Ч)е устойчивое состояние - на его выходе появляется единичный сигнал, который снимает б,1окирующее действие с э. 1е.мента 2. Именно последней операцией осуществляется самопроверка заданного алгоритма работы; если цепь источник 3 - контактная сеть окажется оборванной, то триггер 10 не переходит в единичное состояние, блокирующий сигнал с управляющей цепи э,1е- мента 2 не снимается, формирование основного напряжения остается блокированным, а цепи диагностики (не показаны) высвечивают причину данного отказа.

Одновременр .о в момент подачи оперативного напряжения защиты на контактную сеть сигнал включения ключа юступает на чувствительный элемент 9 и обеспечивает его состояние, соответствующее единичному сигналу, проходит на управляющую цещ элемента 2. При соответствии сопротивления 6 изоляции контактной сети установленным требованиям чувствительный э,1е- мент 9 остается в единичном состоянии, подготавливая тем самым э.темо т 2 к формированию основного напряжения контактной сети. При наличии утечки тока в контактной сети в момент формирования оперативного напряжения защиты элемент 9 сигналом с резистора 7 переводится в нулевое состояние и блокирует элемент 2, а цепи диагностики (не показаны) высвечивают причину данного отказа. При соответствии сопротивления 6 требованиям к изоляции контактной сети в момент поступления элемент 2 сигнала с первого выхода таймера 1 осуществляется подача основного напряжения в контактную сеть - через нагрузку 26 по цепи 13-28--26 течет рабочий ток. По истечении рабочего цикла сигнал с прямого выхода элемента 1 исчезает, становится нулевым, происходит блокирование элемента 2 совпадения и отключение основного напряжения контактной сети, ток в нагрузке 26 за счет ЭДС самоиндукции замыкается по цепи 26--27-26. Далее наступает цикл Проверки сопротивления изоляции и самоконтроля {операции взаимодействия элементов 3, 4, 6, 9, 10, 1,2 описаны выню, за исключением того, что элементы 10 здесь и далее устанавливаются в исходное состояние сигналом с инверсного выхода элемента 1). При возникновении перегрузки, например значением в полтора тока номинального, сигнал датчика 13 тока будет усилен магнитным усилителем 14 до уровня порога срабатывания порогового усилителя 15, его ходной сигнал поступает через элемент 2 И 33 на вход элемента 18 задержки -- начинается отсчет времени действия перегрузки в полтора тока номинального. При этом в счетных импульсов времени используется сигнал таймера 1, поступающий на счетный вход элемента 18 по цепи 1-33 18.

При действии перегрузки, равной по вре- длительности установки элемента 18 (в данном случае 120 с), на его выходе (18) появляется сигнал, который через элемент 21 поступает на счетный вход триггера 22. Последний переходит в другое свое состояние и выходным сигналом блокирует элемент 2 совпадения - прекращается подача осн(эвно- го напряжения в контактную сеть. Одновременно сигнал с триггера 22 через элемент 2Й 39 поступает на вход времязадающего элемента 24 автоматического повторного включения, на второй вход которого (39) поступают счетные импульсы таймера 1 - начинается отсчет времени. После ноступле- ния последнего импульса из числа заданных на выходе элемента 24 появляется сигнал, который поступает через элемент ПЛИ 37 на установочный вход триггера 22. Последний переключается и своим выходны.м сигналом деблокирует элемент 2. Кроме того, сигнал триггера 22 поступает на счетный вход счета счетчика 23 импульсов, который при превын1ении заданного числа перегрузок переходит в режим самоблокирования, одновременно блокируя подачу основного напряжения в контактную сеть с соответствующей информацией, высвечиваемой цепями диагностики.

При действии перегрузки менее заданного времени в момент спада тока ниже порога срабатывания порогового усилителя 15 (16 или 17 через элемент 29) формирователем 25 импульсов выдается сигнал (длительностью до 40.мкс), который через элементы 30-32 поступает соответственно на установочные входы элементов 18-20 3aj держки - происходит стирание накопленной

информации о перегрузке.

При действии тока короткого замыкания или перегрузке значением в два тока номинального элементы 16, 34 и 19, 17, 35 и 20, а также 21-25 действуют аналогично

15 описанному выше с различием в значениях времени установок элементов 19 и 20.

Формула изобретения

20 Устройство для защиты контактной от аварийных режимов, содержащее таймер с прямым и инверсным выходами, вход которого соединен с клеммой для подключения к питающей сети, элемент сов- 25 падения, источник оперативного напряжения защиты, источник оперативных напряжений, одновиб ратор, коммутирующий ключ, блок измерения сопротивления утечки, ч встви- -гельныи э,-к-ме1гг ПА. и триггер. 30 нри этом первый вход элемента совпадения подк. 1ючен на iipHMoii выход таймера. выход э, 1ементасовпадения

подсоединен к клеммам для полк/ ю- чения к упранляюнщм входам тиристор- 35 ного тягового преобразовате пя, вход чувствительного элемента ПАМЯТЬ подключен к выходу блока измерения сопротивления утечки, а его выход -- к второму входу элемента совпадения, установочный вход 40 чувствительного элемента ПАМЯТЬ подключен к инверсному выходу таймера, выход одновибратора подключен г-а установочные входы таймера и триггера, второй установочный вход триггера подсоединен к инверсному выходу таймера, источник оперативногсз напряжения защиты через коммутирующий ключ подключен к блоку измерения сопротивления утечки, единичный выход триггера подключен к третьему входу элемента сов- 50 падения, отличающееся тем, что, с целью повьпнения надежности работы и расщире- ния функциональных возможностей путем защиты от тока перегрузки с введением автоматического повторного включения и са- с моконтроля устройства, дополнительно введены датчик тока источника оперативного напряжения 3anj,HTbi, датчик тока ко нтакт- ной сети, линейный усилите.ль, первый, второй, третий пороговые усилители, первый, второй, третий элементы задержки, восемь элементов ИЛИ, четыре элемента 2И, второй триггер, счетчик импульсов, времязадающий элемент повторного включения и формиро- ват&ль стирающ.их импульсов, при этом датчик тока источника оперативного напряжения защиты включен последовательно в цепь коммутирующего ключа и источника оперативного напряжения защиты, выход датчика тока источника оперативного напряжения защиты подключен к счетному входу первого триггера, выход датчика тока кон- тактной сети подключен через линейный усилитель к входам первого, второго, третьего пороговых усилителей, а выходы первого, второго, третьего элементов задержки подключены к соответствующим входам первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу второго триггера, выход которого соединен с четвертым входом элемента совпадения и входом счетчика импульсов, выход счетчика импульсов подключен к пятому входу элемента совпадения, выход каждого из пороговых усилителей через второй элемент ИЛИ подсоединен к входу формирователя стирающих импульсов, выход которого через третий, четвертый и пятый элементы ИЛИ подключен соответственно к

установочным входам первого, второго, третьего элементов задержки, вторые входы третьего, четвертого и пятого элементов ИЛИ, а также установочные входы время- задающего элемента повторного включения второго триггера и счетчика импульсов через щестой, седьмой и восьмой элементы ИЛИ подключены к выходу одновибратопа, к вторым входам шестого, седьмого и восьмого элементов ИЛИ подключены соответственно выход второго триггера, выход времязадаю- щего элемента повторного включения и счетчик импульсов, а выходы пороговых усилителей через первый, второй и третий элементы 2И присоединены к счетным входам элементов задержки, к счетному входу время- задающего элемента повторного включения через четвертый элемент 2Й подключен выход второго триггера, вторые входы первого, второго, третьего, четвертого элементов 2И подсоединены к первому выходу таймера.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты контактных сетей постоянного тока с периодическим и непериодическим (аварийным) прерыванием цепи тока. Целью изобретения является повышение надежности работы и расширение функциональных возможностей путем защиты от тока перегрузки с введением автоматического повторного включения и самоконтроля устройства. По сигналу таймера 1 оперативное напряжение защиты через ключ 4 поступает на контактную сеть, при этом осуществляется проверка сопротивления изоляции и самоконтроль работы устройства. При исправности контактной сети и цепи проверки снимается блокировка элемента совпадения 2 по цепи от триггера 10 и чувствительного элемента ПАМЯТЬ 9, что разрешает выдачу разблокирующего сигнала с выхода элемента 2, и в нагрузке 26 проходит рабочий ток. По истечении рабочего цикла, определяемого таймером 1, произойдет блокирование элемента совпадения 2 и отключение основного напряжения контактной сети, далее наступает цикл самоконтроля и проверки сопротивления изоляции. При возникновении перегрузки сигнал с датчика тока 13 через усилитель 14 поступает на входы пороговых усилителей 15,16,17, настроенных на разные уровни, и при срабатывании соответствующего усилителя начинается отсчет времени действия перегрузки с помощью одного из элементов задержки 18,19,20. В случае превышения заданной временной уставки происходит блокировка элемента совпадения 2 и одновременно происходит запуск времязадающего элемента 24 автоматического повторного включения. 1 ил.