Устройство для защиты от утечки тока в контактной сети электровозной откатки Советский патент 1992 года по МПК H02H3/17 

Изобретение относится к релейной защите и предназначено для отключения контактной сети шахтной электровозной откатки при появлении в сети опасной утечки тока.

Известно устройство для защиты от утечек тока, содержащее источник двухчастот- ного оперативного напряжения, подключаемый к контактной сети, измерительный орган, осуществляющий измерение оперативного тока в контактной сети и его обработку, а также пороговый орган, воздействующий при появлении опасной утечки тока на коммутационный аппарат. Питающий агрегат и тяговые двигатели электровозов обрабатываются соответственно фидерным и электровозными частотными заградителями.

Недостатком устройства является низкая помехоустойчивость при работе устройства в сетях с электровозными заградителями с пониженным резонансным сопротивлением, проявляющаяся в ложных срабатываниях устройства защиты при удалении электровоза в конец защищаемого участка сети.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для защиты от утечки тока в контактной сети электровозной откатки, которое содержит в своем составе источник двухчастотного оперативного напряжения, подключаемый к контактной сети, датчик оперативного тока в цепи контроля, измерительный орган, входом соединенный с выходом датчика оперативного тока, а выходом - с пороговым органом, воздействующим на коммутационный аппарат.

Недостатком известного устройства является низкая помехоустойчивость при работе устройства в сетях с электровозными заградителями с пониженным резонансным сопротивлением.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости при работе устройства в сетях с электровозными заградителями, имеющими пониженное резонансное сопротивление.

Сущность изобретения состоит в таком построении устройства защиты, при котором его срабатывание происходит по приращению сигнала измерительного органа, а по предложенному информационному признаку - изменению разности реактивных составляющих по каналам контроля - выделяются моменты времени, в которые возможны ложные срабатывания, и на некоторое время изменяется в сторону за- грубления порог срабатывания устройства защиты, тем самым исключаются ложные

срабатывания при коммутации токосъемника удаленного электровоза.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема

управляемого порогового органа; на фиг. 3 -временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 4 - схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник 1 двухчастотного оперативного напряжения, датчик 2 оперативного тока, измерительный орган 3, блок 4 выделения разности реактивных составляющих, первую 5 и вторую 6

дифференцирующие цепочки, первый (управляемый) 7 и второй (неуправляемый) 8 пороговые органы, коммутационный аппарата 9, фидерный 10 и электровозные 11 частотные заградители в цепи соответственно питающего агрегата 12 и тяговых двигателей 13 электровозов.

Управляемый пороговый орган 7 (фиг. 2) содержит первый 14 и второй 15 пороговые элементы, а также логические элементы 2И

16, 2ИЛИ 17, НЕ 18. Соединенные входы первого 14 и второго 15 пороговых элементов образуют сигнальный вход, вход элемента НЕ 18 является управляющим входом, а выход элемента 2ИЛИ 17 - выходом управляемого порогового органа 7.

Контроль состояния изоляции контактной сети ведется посредством источника 1 двухчастотного оперативного напряжения. Чтобы нагрузки контактной сети - тяговые

двигатели 13 электровозов, а также питающий агрегат 12 не закорачивали на оперативном токе источник 1, они обработаны соответственно электровозными 11 и фидерным 10 частотными заградителями,

представляющими собой параллельный резонансный контур с силовой катушкой индуктивности. Датчик 2 оперативного тока измеряет ток от источника 1, обусловленный проводимостью изоляции контактной сети и

нагрузками. Измерительный орган 3 обрабатывает двухчастотный токовый сигнал в соответствии с определенным алгоритмом и формирует на выходе сигнал постоянного тока, пропорциональный проводимости

изоляции сети. Чтобы свести к минимуму компоненту на выходе измерительного органа 3, обусловленную протеканием оперативного тока через заградители 11, - пассивную помеху, алгоритм работы измерительного органа 3 имеет вид

иио K(Gi+G2) -COS + (Bi-B2)x «Sin# k,(1)

гдеСч, G2, Bi, 62-соответственноактивные и реактивные составляющие входной проводимое™ сети на первой и второй рабочих частотах;

К - некоторый коэффициент, определяемый статическими коэффициентами передачи датчика 2 и измерительного органа 3;

(рк - угол коммутации.

Пассивная помеха на выходе измерительного органа 3, значительно ослабленная за счет двухканального принципа построения измерительной схемы устройства защиты, проявляется при перемещении электровозов в конец защищаемого участка сети и оказывается тем большей, чем меньше величина резонансного сопротивления электровозных заградителей 11.

Блок 4 выделения разности реактивных составляющих формирует выходной сигнал в соответствии с алгоритмом

UBPPC K(Bi-B2),(2)

т.е. это частный случай измерительного органа 3 при fa -90°.

Как следует из (2), активная проводимость сети не влияет на выходной сигнал блока 4, реактивная проводимость сети также не дает составляющей на выходе блока 4, так как при близких рабочих частотах f 1 и fa В и UBPPC O. Для электровозного же заградителя и в случае близких f 1 и f2 81 62 и UBPPC ИО, т.е. сигнал на выходе блока 4 выделения разности реактивных составляющих определяется лишь работающими на защищаемом участке сети электровозами.

Работу устройства поясняют временные диаграммы напряжений на выходах блоков (фиг. 3). Перемещение электровозов по защищаемому участку сети приводит к медленному изменению величины пассивной помехи на выходе измерительного органа 3, поэтому напряжение на выходе дифференцирующей цепочки 5 при этом оказывается практически равным нулю. Выходное напряжение блока 4 выделения разности реактивных составляющих, определяемое количеством включенных в сеть электровозов, при перемещении машин также медленно и незначительно изме- няется (вследствие изменения преобразовательных свойств сети на частоте оперативного тока при изменении распо- ложения электровозов). При этом напряжение на выходе дифференцирующей цепочки 6 также практически равно нулю, поэтому пороговый орган 8 находится в состоянии логического О, а управляемый пороговый орган 7 имеет порог срабатывания Ucpi, соответствующий нормированной утечке, и также находится в состоянии О. Это исходное состояние устройства.

При включении в сеть в момент времени ti удаленного электровоза (только начинающего работать либо перешедшего с соседнего участка контактной сети) выходные напряжения измерительного органа 3 и блока 4 скачкообразно возрастают, и на выходах дифференцирующих цепочек 5 и 6

0 формируются импульсы, в которых напряжение по экспоненциальному закону вначале нарастает до максимума, а затем спадает до нуля. Причем скорость нарастания определяется динамическими свойствами изме5 рительного органа 3 и блока 4, а скорость спада - параметрами дифференцирующих цепочек 5 и 6 соответственно.

В момент 12 достижения выходным напряжением дифференцирующей цепочки 6

0 порога срабатывания Ucp порогового органа 8 последний переходит в состояние 1 и изменяет порог срабатывания управляемого порогового органа 7 в сторону увеличения с Ucpi до Ucp2. Причем UCp2 выбирается

5 большим, чем максимальный уровень пассивной помехи на выходе дифференцирующей цепочки 5, поэтому пороговый орган 7 не переходит в состояние 1 даже при работе с электровозными заградителями с пони0 женным резонансным сопротивлением. При этом предполагается, что динамические свойства измерительного органа 3 и блока 4 выбраны таким образом, что время t2 оказывается даже при максимальном

5 уровне пассивной помехи меньше времени достижения выходным напряжением дифференцирующей цепочки 5 порога Ucpi управляемого порогового органа 7.

К моменту t3 напряжение на выходе

0 дифференцирующей цепочки 6 спадает до уровня порога отпускания Копт порогового органа 8 и последний, возвращаясь в состояние О, снова устанавливает для порогового органа 7 соответствующий

5 нормированной утечке порог срабатывания

Ucpi.

Напряжение на выходе дифференцирующей цепочки 5 к этому моменту оказывается меньше Ucpi (и даже Uom-1, что важно при

0 реализации управляемого порогового органа 7 по схеме на фиг. 2), поэтому пороговый орган 7 и дальше находится в состоянии г 0. Спустя некоторое время переходные процессы в блоках устройства заканчиваются и

5 оно оказывается в исходном состоянии.

При появлении в момент t4 утечки тока Ry напряжение на выходе блока 4 не изменяется, так как утечка носит активно-емкостный (человек) или чисто активный (пожароопасная утечка) характер, соответственно, пороговый орган 8 остается в прежнем состоянии О. Напряжение же на

выходе измерительного органа 3 при этом скачкообразно возрастает, на выходе дифференцирующей цепочки 5 появляется импульс напряжения, который в момент ts достигает порога срабатывания Ucpi и вызы- вает переход порогового органа 7 в состояние 1. Последний воздействует на коммутационный аппарат 9, который снимает питающее напряжение с контактной сети.

К моменту времени те напряжение на выходе дифференцирующей цепочки 5 спадает до уровня порога отпускания Uorni и пороговый орган 7 снова переходит в О. Тем самым устройство защиты снова воз- вращается в исходное состояние и готово к обнаружению утечки тока в защищаемой сети. Повторная подача питающего напряжения в контактную сеть посредством коммутационного аппарата 9 производится лишь после исчезновения опасной утечки тока.

В течение времени At 1, когда управляемый пороговый орган 7 имеет порог срабатывания Ucp2 Ucpi, происходит некоторое загрубление защиты. Но поскольку коммутация токосъемника электровоза в сети относится к нечастым событиям, а время A ti за счет выбора параметров измерительной схемы может быть сделано достаточно ма- лым, то в целом точностные характеристики устройства защиты ухудшаются от этого незначительно. В том же время за счет исключения ложных срабатываний повышается помехоустойчивость устройства при работе в сетях с электровозными заградителями с пониженным резонансным сопротивлением.

Управление порогом срабатывания порогового органа 7 (фиг. 2) осуществляется следующим образом: входное напряжение ивх, подаваемое на первый сигнальный вход, поступает на два пороговых элемента 14 и 15, имеющих пороги срабатывания UCpi и Ucp2 и пороги отпускания Uoini и Uom2 соответственно. При уровне О на втором управляющем входе на второй вход логического элемента 2И 16 поступает 1, поэтому при UBX UCpi пороговый элемент 14 переходит в состояние 1, а 1 проходит через элементы 2И 16 и 2ИЛИ 17 на третий выход управляемого порогового органа 7. Если на втором управляющем входе уровень 1, то на втором входе элемента 2И 16 О, и 1 с выхода порогового элемента 14 на третий выход пройти не может. При Квх Ucp2 на выходе порогового элемента 15 появляется 1, которая через элемент

2ИЛИ 17 проходит на третий выход управляемого порогового органа 7.

В качестве примера (фиг. 4) представлена блок-схема предлагаемого устройства, в котором источник 1 двухчастотного оперативного напряжения, измерительный орган 3 и блок 4 выделения разности реактивных составляющих, как частный случай измерительного органа, выполнены аналогично соответствующим блокам известного. Источник 1 двухчастотного оперативного напряжения содержит высокочастотный 19 и низкочастотный 20 генераторы синусоидального напряжения, а также двухвходо- вый аналоговый перемножитель 21 сигналов. Измерительный орган 3 содержит трехвходовый перемножитель 22, фазовращатель 23 и фильтр 24 нижних частот.

Демодуляция токового сигнала, несущего информацию об утечке и поступающего на один из входов перемножителя 22, производится путем его умножения на напряжение высокочастотного генератора 19 и напряжение низкочастотного генератора 20, сдвинутое фазовращателем 23 на р в сторону запаздывания. Аналогично блок 4 выделения разности реактивных составляющих включает трехвходовый перемножитель 25, фазовращатель 26 и фильтр 27 нижних частот. Фазовращатель 26 обеспечивает задержку напряжения генератора 20 на рк -90°, т.е. фактически это фазоопере- жающее звено с углом сдвига 90°. Управляемый пороговый орган 7 выполнен указанным образом.

Преимуществом предлагаемого устройства является повышенная помехоустойчивость при работе устройства в сетях с электровозными заградителями с пониженным резонансным сопротивлением, которые характеризуются уменьшенным расходом дорогостоящего медного провода, а потому имеют меньшие размеры, вес и стоимость. Основной экономический эффект при использовании устройства достигается за счет возможности применения удешевленных электровозных заградителей с пониженным резонансным сопротивлением, а также большего удобства их обслуживания в процессе эксплуатации.

Формула изобретения

1. Устройство для защиты от утечки тока в контактной сети электровозной откатки, содержащее источник двухчастотного оперативного напряжения, подключаемый к клемме для соединения с контактной сетью, датчик оперативного тока, выход которого соединен с входом измерительного органа, первый пороговый орган, воздействующий

на коммутационный аппарат, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости при работе устройства в сетях с электровозными заградителями, имеющими пониженное резонансное сопротивление, дополнительно введены блок выделения разности реактивных составляющих, две дифференцирующие цепочки и второй пороговый орган, причем первый пороговый орган выполнен управляемым, выход измерительного органа соединен через первую дифференцирующую цепочку с сигнальным входом первого порогового органа, вход блока выделения разности реактивных составляющих соединен с выходом датчика оперативного тока, а выход через вторую дифференцирующую цепочку

0

5

соединен с входом второго порогового органа, выход которого соединен с управляющим входом первого порогового органа.

2. Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что управляемый пороговый орган содержит два пороговых элемента, логические элементы 2И, 2ИЛИ, НЕ, выход первого порогового элемента соединен с первым входом элемента 2И, второй вход которого соединен с выходом элемента НЕ, а выход- с первым входом элемента 2ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго порогового элемента, входы пороговых элементов соединены и образуют сигнальный вход, вход элемента НЕ является управляющим входом, а выход элемента 2 ИЛИ - выходом управляемого порогового органа.

Изобретение относится к релейной щите и предназначено для отключения контактной сети шахтной электровозной откатки при появлении в сети опасной утечки тока. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости при работе устройства в сетях с электровозными заградителями, имеющими пониженное резонансное сопротивление. Датчик 2 оперативного тока измеряет ток от источника 1 двухчастотного оперативного напряжения. Для предотвращения закорачивания источника 1 нагрузками 13 тяговых двигателей, а также питающим агрегатом 12 в их цепи питания включены соответственно электровозные 11 и фидерные 10 частотные заградители. Сигнал с выхода датчика 2 оперативного XI тут ТЕЧТРОой я конзной утечие потва в лями, е со тока тного тврарузкаакже тания озные тели. вного тока подается на измерительный орган 3 и блок 4 выделения разности реактивных составляющих. На выходе измерительного органа 3 формируется сигнал, пропорциональный проводимости изоляции сети. На выходе блока 4 выделяется разность реактивных составляющих проводимости сети от нагрузок 13. При нормированных значениях сигналов от блоков 3 и 4 напряжения на выходах дифференцирующих цепочек 5 и 6 соответственно практически равны нулю и управляемый.пороговый орган 7 имеет порог срабатывания, соответствующий нормируемой утечке тока. При включении в сети нагрузки напряжения на измерительных органах 3 и 4 скачкообразно возрастут, что приведет к изменению порога срабатывания управляемого порогового органа 7 в сторону увеличения. Если эти напряжения не превысят нормируемых значений, то по окончании переходного процесса орган 7 возвратится в исходное состояние без отключения нагрузки. В случае прикосновения к сети человека или зна- чительном увеличении тока утечки происходит скачкообразное увеличение напряжения на выходе измерительного органа 3 и при превышении им нормируемой величины пороговый орган 7 отключает нагрузку. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. Контактный провод СО С -vi го 00 Ю

. Фиг. 2

Фаг. 3