Устройство для защиты от перегрева контактной сети Советский патент 1992 года по МПК H02H5/04 B60M3/00 H02H3/08 

Изобретение относится к электрифицированному транспорту и может использоваться в системах электроснабжения тяги и нетяговых потребителей для защиты контактной сети и электрических сетей, оно может использоваться также для защиты электрических сетей общего назначения.

Известны устройства, контролирующие температуру провода линии с помощью температуры (терморезистора, термодиода и т. п.), установленного на самом проводе, системы передачи информации и исполнительного устройства. Недостатком таких устройств является то, что сам датчик температуры оказывается под тем же высоким напряжением (на высоковольтной линии или контактной сети), что и контролируемый провод. Это вызывает сложности при его обслуживании. Еще более трудные проблемы возникают при конструировании и эксплуатации системы передачи информации от датчика.

Известно устройство, принятое в качестве прототипа, в котором температура контролируемого провода вычисляется на основе данных, получаемых от датчиков тока, скорости ветра и температуры окружающей среды. Кроме указанных.датчикое оно содержит квадратор, нелинейный преобразователь, умножитель, два сумматора, интегратор и исполнительный орган. Это устройство основано на решении уравнения теплового баланса

VI v| 00 00 СЛ К)

С зр+ав 12В .

путем выполнения операций, определяемых выражением

t Токр + 0- Ькр + f0-Ј fa - a 0) d 0,

где t - температура провода;

toicp - температура окружающей среды;

0 - перегрев провода, т. е. разность между температурой провода и температурой окружающей среды;

С - теплоемкость провода;

I -ток в проводе;

R - сопротивление провода;

а- коэффициент теплоотдачи;

г - время.

Недостатками устройства являются низкая точность и отсутствие возможности независимой регулировки параметров, учитывающих свойства защищаемого провода. Недостаточная точность обусловлена тем, что сопротивление провода принято постоянным, хотя известно, что оно зависит от температуры. Неучет этого обстоятельства приводит к погрешности в десятки процентов. Кроме того, не учтены такие факторы, как масса провода и площадь его поверхности, которые влияют на процесс охлажде- ния. В уравнение теплового баланса входят такие параметры провода, как удельная теплоемкость, масса, сопротивление, площадь поверхности провода, температурная зависимость сопротивления. Необходимо иметь возможность регулировать каждый из этих параметров независимо от других для того, чтобы устройство можно было применить для проводов из различного материала, разной конструкции и разных сечений. В про- тотипе это не предусмотрено и тем самым область его применения сужена.

Целью изобретения является повышение точности и расширение области приме- нения путем независимой регулировки параметров, характеризующих процесс нагревания и охлаждения защищаемых проводов.

Указанная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее датчик тока с присоединенным к нему квадратором, датчик скорости ветра и присоединенным к нему нелинейным преобразователем, выход первого умножителя присоединен к первому входу первого сумматора, интегратор, выход которого подключен ко второму входу первого умножителя и к первому входу второго сумматора, ко второму входу которого присоединен датчик температуры окружающей среды, а к выходу - исполнительный орган, дополнительно введены второй умножитель, первый, второй, третий, четвертый и пятый блоки регулируемых коэффициентов, при этом выход квадратора подключен ко входу первого блока регулируемого коэффициента, к выходу которого присоединен второй блок первого сумматора и вход второго блока регулируемого коэффициента, выход которого присоединен к первому входу второго умножителя, выход нелинейного преобразователя подключен к входу третьего блока регулируемого коэффициента, выход которого присоединен ко второму входу первого умножителя, выход второго умножителя подключен к третьему входу первого сумматора, к выходу которого присоединен интегратор через последовательно подсоединенные четвертый и пятый блоки регулируемого коэффициента, а выход второго сумматора подключен ко второму входу второго умножителя.

На чертеже показана функциональная схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 тока, квадратор 2, первый блок 3 регулируемых коэффициентов, второй блок 4 регулируемых коэффициентов, датчик 5 скорости ветра, нелинейный преобразователь 6, третий блок 7 регулируемых коэффициентов, первый умножитель 8, датчик 9 температуры окружающей среды, первый сумматор 10, второй умножитель 11, второй сумматор 12, четрвертый блок 13 регулируемых коэффициентов, пятый блок 14 регулируемых коэффициентов, интегратор 15, исполнительный орган 16.

Блоки 1, 2, 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15 и 16 являются известными и используются в прототипе, блоки 3, 4, 7, 11, 13, 14 являются новыми.

Устройство вычисляет температуру защищаемого провода путем решения уравнения теплового баланса. Уравнение теплового баланса имеет вид

Pdr aF0dr+CGd0,

(1)

где Р - мощность тепловых потэрь в единице длины провода;

т- время;

а- коэффициент теплоотдачи;

F - эквивалентная поверхность охлаждения единицы длины провода;

0 - перегрев провода, т. е. разность между его температурой t и температурой окружающей среды Токр;

С - удельная теплоёмкость материала провода;

G - масса единицы длины провода (использованы обозначения как в прототипе).

Мощность тепловых потерь, как известно, равна

P +Ј(toKP + 0),

(2)

где R - сопротивление единицы длины провода;

Ro - то же при температуре 0°С, /3 - температурный коэффициент сопротивления.

Перегрев ©равен:

Q d cV MCW+QH

+ l2Ro-aF0 dr,

(3)

температура провода t может быть вычислена как

0

подаются на соответствующие входы сумматора 12. напряжение на выходе которого равно

yi2 U3-U8 + Uii

, 0+КзК4Г(:окр + 0).

КзГ - К

Напряжение на выходе блока регулируемого коэффициента равно

Ul4 Kl3Kl4Ul2 Kl3Kl4 K3l2- -К «0+КзК41 (1окр + ©)

и это напряжение подается на вход ин- 15 тегратора 15, напряжение на входе которого равно

Использование: в электрифицированном транспорте, в частности в системах электроснабжения тяги и нетяговых потребителей для защиты контактной сети и электрических сетей. Сущность изобретения: устройство содержит датчики тока, скорости ветра и температуры окружающей среды, блок вычисления температуры провода путем решения управления теплового баланса и исполнительный орган. НОЕЫМ в устройстве является введение в блок вычисления температуры второго умножителя и пяти блоков регулируемых коэффициентов. При этом обеспечивается учет температурной зависимости сопротивления контролируемого провода и независимая регулировка всех параметров уравнения теплового баланса, что позволяет использовать устройство для защиты любых проводов из различных металлов, разного сечения и разной конструкции. 1 ил.

t toKP+ ©

(4)

Выражение (3) лежит в основе принципа действия предложенного устройства.

Устройство работает следующим образом.

Датчики тока 1, скорости ветра 5 и температуры окружающей среды преобразовывают величины, на которые они реагируют, в соответствующие пропорциональные им напряжения. На выходе квадратора напряжение пропорционально I2, где - ток в контролируемом проводе, на выходе блока регулируемого коэффициента 3 напряжение равно U3 , где Кз регулируемый коэффициент. Напряжение выхода датчика 5 преобразовывается в нелинейном преобразователе 6 в напряжение, пропорциональное коэффициенту теплоотдачи а . Напряжение на выходе блока регулируемого коэффициента 7 напряжение равно U К о., где К - регулируемый коэффициент. Напряжение на выходе интегратора 15, как будет показано ниже, пропорционально перегреву 0. Это напряжение поступает на второй вход умножителя 8, на первый вход которого подается напряжение (J7. На выходе умножителя 8 напряжение равно Us U 0 К а ©. На выходе датчика 9 напряжение пропорционально температуре окружающей среды Токр и оно подается на один из выходов сумматора 10, на второй вход которого поступает напряжение с выхода интегратора 15 пропорциональное перегреву ©. На выходе сумматора 10 напряжение равно Uio - + 0 . Это напряжение поступает на один из входов умножителя 11, на зторой вход которого подается напряжение с выхода блока регулируемого коэффициента 4, равное IJ4 10)1)3 . Напряжение на выходе умножителя 11 равно Un LUUio КзК412(т.окр + 0). Напряжения Us, Us, Un

Uis J Ui4dr J К1зК14 КзК412(1 + Кз12-К a© dr.

окр

+ Н

(5)

Регулируемые коэффициенты принимаются равными

K3-R0;K4 /3;K7- F;Ki3 1/C;

где Ro, /3, F, 1/C, 1/G - параметры конкретного провода, от которых зависят процессн его нагреаани и (млшден«..ь «з сравнения выражений (5) и (3) следует, что Uis О. Это оРаспечивчетгч nc r iiMiev ной обратной свчзью с зыходп ин, 15 на входы1 ум южителч 8 и сумматора 10.

При увеличении темпера гурч провода i возрастает напряжение нч выходе сумматора 10, равное Ььр и © х Это шпря жение поступает на вход исполнительного органа 16, Когда напряжение Uis превысит

заданное значение, исполнительный орган 16 произведет отключение защищаемой линии.

Предложенное устройство может быть использовано на контактной сети любого

транспорта, а также на электрических сетях любого назначения при обеспечении более высокой надежности защиты и более простой ее настройки на конкретные условия и провода.

Формула изобретения

Устоойс во дая защиты с перегрева контактной сети, содержащее дзтчик тока с присоединенным к нему каадрагором, датчик скорости ветра с присоединенным к неМУ нелинейным преобразователем выход первого умножителя присоединен к первому входу первого сумматора, интегратор, выход которого подключен к aiopOMy входу первого умножителя и к первому входу второго сумматора, к второму входу которого

присоединен датчик температуры окружающей среды, а к выходу - исполнительный орган, отличающееся тем, что. с целью повышения точности и расширения области применения путем независимой регулировки параметров, характеризующих процесс нагревания и охлаждения защищаемых проводов, в него дополнительно введены второй умножитель, первый - пятый блоки регулируемых коэффициентов, при этом выход квадратора подключен к входу первого блока регулируемого коэффициента, к выход которого присоединен второй вход первого сумматора и вход второго блока

0

регулируемого коэффициента, выход которого присоединен к первому входу второго умножителя, выход нелинейного преобразователя, подключен к входу третьего блока регулируемого коэффициента, выход которого присоединен к второму входу первого умножителя, выход второго умножителя подключен к третьему входу первого сумматора, к выходу которого присоединен интегратор через последовательно соединенные четвертый и пятый блоки регулируемого коэффициента, а выход второго сумматора подключен к второму входу второго умножителя.