Устройство для защиты контактной сети электрофицированных железных дорог от токов короткого замыкания Советский патент 1978 года по МПК H02H3/10 B60M3/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАШИТЫ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ОТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ дам. первого логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с одним из входов логического элемента И, другой вход которого связан с выходом датчика напряжения, выходы логического элемента И соединены соответственно с одним из входов второго логического элемента ИЛИ и входом порогового элемента преобразователя температурных значений в напряжение, вход которого подключен к выходу датчика температурного состояния контактной сети, выход порогового элемента преобразователя температурных значений в напряжение соединен с другим вхрдом второго логического элемента ИЛИ, выход которого связан с входом рабочего органа зашиты, а входы блока питания подключены между контактной сетью и рельсами. Устройство снабжено также датчиком напряжения трос-релЬс, входы которого включены между тросом группового заземления и рельсом, а выход подключен к одному из входов второго логического элемента ИЛИ. На чертеже представлена функциональная схема устройства. Устройство содержит провода 1 контактной сети, рельсы 2 электрифицированных путей и трос 3 группового. заземления, к которым подключены опоры 4 чонтактнбй сети, датчик 5 тока короткого замыкания, связанный с датчиком 6 скорости нарастания тока и датчиком 7 частоты. Выходы датчиков связаны через пороговые элементы 8, 9 с логическим элементом ИЛИ 10 и элементом ИИ, который связан по входу с датчиком 12 напряжения в контактной сет. / Другой логический элемент ИЛИ 13 соедииен с рабочим органом защиты 14 датчиком 15 напряжения трос-земля. Датчик 16 температурного состояния контактной сети через преобразователь 17 температурных значений в напряжение соединен с пороговым элементом 18, один из входов которого coeдииeн с элементом И 11. Между контактной сетью и рельсами включен исполнительный элемент 19, в качестве которого может быть применен, например короткозамыкатель с управляющим элементом, .блок питания 20. Устройство работает следующим образом. При неглухом замыкании провода контактной сети ) на рельс2, трос 3 группового заземления или опору 4 в цеПи короткого замыкания через датчик 5 начинает протекат -ток КЗ (ад), характеризующийся определенными для режима КЗ скоростями нарастания (параметр ) тока и гармоническим составом (параметр частоты). При этом на выходе датчика 6 скорости нарастания тока и датчика 7 частоты появляется импульс напряжения, по достижении которым определенного уровня срабатывают пороговые элементы 8, д, и на входы логического элемента ИЛИ. 10 подаются импульсы напряжения, характеризующего режим КЗ по току. С выхода элемента ИЛИ 10 сформированный импульс напряжения подаётся на один из входов элемента И II. При вознйкновепии режима КЗ в контактной сети 1 резко снижается напряжение (до напряжения горения ДУГИ в месте КЗ. т. е. до В). В результате срабатывает датчик 12 напряжения в контактной сети, уставку которого выбирают в пределах 1200-1500 В (это гарантирует устойчивое срабатывание датчика 12), и открывается второй вход логического алемента И П. Полученная информация подается на один из входов второго логического элемента ИЛИ 13 и на вход порогового элегЛента 18 преобразователя температурных значений в напряжение. Появление на выходе логического элемента ИЛИ 13 сигнала приводит ксрабатьР ванию рабочего органа защиты 14, в качестве которого может быть использован, например тиристор, управляющий электрод которого соединен с выходом элемента ИЛИ 13, анод подключен к блоку питания 20, а катод связан с исполнительным элементом 19, установленным в зоне гарантированного срабатывания максимальной токовой защиты. При срабатывании рабочего органа защиты 14 и исполнительного элемента 19 контактная сеть 1 оказывается соединенной наглухо с рельсами 2, в результате чего срабатывает максимальная токовая защита на тяговоц подстанции. Одновременно сигналом с выхода логического элемента И П открывается Вход порогового элемента 18 и подготавливается рабочий режим датчика 16 температурных состояний контактной сети. При использовании канала телемеханики полученный сигнал исходной информации, напрчмер с выхода логического .элемента ИЛИ 13,может быть передан на управляющие элементы быстродействующих выключателей смежных тяговых подстанций.. В качестве датчика б тока короткого замыкания Могут быть использованы индуктивные катушки, : шунты, к которым подключаются фильтры, настроенное на определенный диапазон частоты Датчик частоты 7) и датчики, реагирующие на скорость нарастания тока КЗ. Датчик; 12 на13ряЖенйя в контактной сети может быть выполнен в йяде реле минимального иапряжения, время сра $атЬ1вания которого измеряется в долях миллисекунд. Общее время работы зашиты с учетом срабатывания исполнительного элемента 19 не превыщает 45-55 мс. При использовании троса 3 группового заземления и возникновения между ним и проводом 1 контактной сети режима КЗ срабатывает датчик 15 напряжения трос-рельс, импульс напряжения с которого через логический элемент ИЛИ 13 подается на рабочий орган защиты 14. В результате срабатывает исполнительный элемент 19 и отключаются автоматы на тяговых подстанциях (не показаны), что позволяет существенно повысить чувствительность защиты к режиму КЗ. Для случаев, когда в пределах ступени I ни один из признаков в достаточной степени не проявился (что может быть, например, при нарещении работы датчиков тока и напряжения) в устройстве предусмотрена ступень Н срабатывания защиты. Это позволяет избежать пережога проводов контактной сети и в значительной мере повысить электробезопасность. Для .этого в устройство введены элементы, которые ведут непрерывный контроль за состоянием температуры проводов I контактной сети. Датчик 16 температурного состояния контактной сети выполнен в виде сумматора амнерквадрат-секундных характеристик проводов, т. е. регистрируется нагревание структуры провода при протекании.по нему тока во времени, что позволяет отстроиться от ложных срабатываний датчика в зависимости от температуры окружающей среды ив полной мере учесть требования тяговых режимов., При достижении предельных значений температурирго состояния проводов срабатывает датчик 16, а на преобразователе 17 температурных значений в напряжение появляется сигнал, при достижении которым определенного уровня и при наличии сигнала на выходе элемента И И, срабатывает Пороговый элемент 18 и открывается один из входов логического элемента ИЛИ 13. В результате срабатывает рабочий орган зашиты 14 и исполнительный элемент 19, т. е. н в этом случае отключают ся выключатели тяговых подстанций. Время срабатывания защиты в пределах ступени 11 зависит от тока подвески, мощности подстанций и может быть выбрано практически с учетом параметров участка. Каждая из ступеней решает одну к ту же задачу: выявить режим КЗ и дать команду на отключение выключателей подстанции. При этом никаких дополнительных элементов в устройство не вводится. Блок питания 20 постоянно должен иметь энергоемкий источник (например ааряженный конденсатор). Конструктивно он может быть выполнен как.от контактной сети (независимый источник) и от линии высокого напряжения (зависимый источник). Необходимо только предусмотреть возможность работы режима двух- или трехкратного автоматического повторного включения. .Формула изобретения Устройство для защиты контактной сети электрифицированных железных дорог от токов короткого замыкания, содержащее датчики частоты и скорости нарастания тока, соединенные выходами с соответствующими пороговыми элементами, а входами - с датчиком тока короткого замыкания, включенного в провода контактной сети, датчик напряжения, включенный между контактной сетью и рельсом, .логический элемент И, блок питания, выход которого через рабочий орган защиты связан с исполнительным элементом, трос группового заземления, соединенный с опорами контактной сети, отличающееся тем, что, с целью rioui.Шения надежности работ защиты при малых токах короткого замыкания, оно дополнительно снабжено, логическими-элементами ИЛИ, датчиком температурного состояния контактной сети, преобразователем температурных значений в напряжение, пороговым элементом, причем выходы соответствующих пороговых элементов, датчиков частоты и скорости нарастания тока подключены к входам первого логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с одним из входов логического элемента И, другой вход которого связан с выходом датчика .напряжений, выходы логического элемента И соединены соответственно с одним из входов второго логического элемента ИЛИ и входом порогового элемента преобразователя температурных значений в напряжение, вход которого подключен к выходу датчика температурного состояния контактной сети, выход порогового элемента дре(бразователя температурных значений в напряжение соединен, с другим входом второго логического элемента ИЛИ, выход которого связан с входом рабочего органа защиты, а входы блока питания подключены между контактной сетыю и рельсами. 2. Устройство по п. I, отличающееся тем, что, с целью поаыщения чувствительности органов защиты при наличии тросов группового заземления, соединённых с опорами контактной сети, оно дополнительно снабжено датчиком напряжения - трос-рельс, входы которого включены между тросом и рельсом, а выход подключен к одному из входов второго логического элемента ИЛИ. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Сердинов G. М. Схема защиты контактнон сети от токов короткого замыкания. Анализ работы и повышение надежности устройств энергоснабжения электрифицированных железных дорог , М., «Транспорт, 1975, с. 260, рис. V, 34. , 2. Анализ работы и повышение надежности устройств энергоснабжения электрифицирован.Hbix железных дорог , М., «Транспорт, 1975, Схема защиты. Западно-Сибирской же чсзпой дороги, с 260, рис. V-35.

ступень I

66

/ .,.