Устройство для защиты от тока короткого замыкания фидера контактной сети переменного тока электрических железных дорог Советский патент 1980 года по МПК H02H3/08 B60M1/00 

также нежелательна, так как приводит к замедлению защиты и возможным всле .ствие этого пережогам контактного провода. казанное устройство защиты имеет также и другие недостатки, например большое количество развязывающих промежуточных трансформаторов, значительную мертвую зону направленного элемента. Целью изобретения является повыше ние надежности и селективности защиты. Указанная цель достигается тем, что в устройство для защиты от тока короткого замыкания фидера контактно сети переменного тока электрических железных дорог, содержащее блок нена правленной дистанционной защиты, включающей в себя измерительный дистанционный пороговый элемент и токовый блокирующий пороговый элемент с резисторами элементов сравнения, выходы которых через инверторы соединены с логическим элементом И, а токовые входы связаны через регулировочные потенциометры уставок защиты и первый выпрямительный мост с промежуточным трансформатором тока, а входы напряжения подключены к промежуточному трансформатору напряжения через второй выпрямительный мост и блок направленной дистанционной за щиты, включающий в себя второй измерительный дистанционный пороговый элемент, токовый вход которого связа через свой регулировочный потенциометр уставки защиты с первым упомянутым выпрямительным мостом, а его вход напряжения - со вторым упомянутым выпрямительным мостом, и фазоограничивающий элемент, токовый вход которого подключен непосредственно к промежуточному трансформатору тока а вход напряжения - непосредственно к трансформатору напряжения, при это их выходы соединены с входами второго логического элемента И, выход которого подключен к элементу времени, соединенному с первым входом логичес кого элемента ИЛИ, к второму входу которого подключен выход первого логического элемента И блока дистанционной ненаправленной защиты, а выход подключен к исполнительному эл менту, дополнительно введены блок от стройки от бросков токов намагничива ния трансформаторов электровозов и . два выпрямителя соответственно положительной и отрицательной полуволн броска токов намагничивания, при это блок отстройки от dpocKOB токов нама ничивания выполнен в виде двух пороговых элементов, вход первого из которых подключен через резистор его элемента сравнения к положительному полюсу источника опорного напряжения а вход второго через резистор его элемента сравнения - к минусовому по люсу источника опорного напряжения, а оба входа пороговых элементов через объединенные попарно резисторы указанных элементов сравнения подключены к выпрямительным диодам положительной и отрицательной полуволн броска тока намагничивания, а их выходы один непосредственно, другой через инвертор соединены -с входами логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к усилителю, коллектор выходного транзистора которого через разделительный конденсатор и две параллельные цепи, каждая из которых состоит из диода и резистора, подсоединен к входам пороговых измерительных дистанционных элементов блоков направленной и ненаправленной защит. Вторичные обмотки промежуточных трансформаторов тока и напряжения выполнены со средней точкой, к выводам которых подключены диоды выпрямительных мостов, а между объединенными средними точками вторичных обмоток этих т рансформаторов, подключенных к делителю напряжения и выходам выпрямительного моста, в цепи тока подключены параллельно регулировочные потенциометры уставок защит. Кроме того, устройство снабжено вторым дополнительным промежуточным трансформатором напряжения и фазосдвигающей R-C цепью, при этом первичная обмотка указанного дополнительного промежуточного трансформатора напряжения подключена к резистору искусственной звезды, подключенной к фазам трансформатора напряжения шин, а вторичная обмотка подключена к R-C цепи, при этом средняя точка вторичной обмотки этого дополнительного промежуточного трансформатора напряжения соединена со средней точкой токового и основного промежуточного трансформатора напряжения, а точка соединения резистора и конденсатора R-C цепи через дополнительный резистор подключена к входу напряжения фазоограничивающего элемента. На фиг. 1 показана структурная схема устройства, на-фиг. 2 - временные диаграммы работы, на фиг. 3 - векторные диаграммы напряжений фаз контактной сети.° Устройство содержит промежуточный трансформатор 1 тока, промежуточные 1;рансформаторы напряжения - основной 2 и дополнительный 3, выпрямительные мосты 4 тока и напряжения 5, выпрямительные диоды положительной б и отрицательной 7 полуволн броска тока намагничивания трансформаторов электровозов, блок отстройки от бросков тока намагничивания трансформаторов 8, состоящий из двух пороговых элементов 9, резисторов 10-15 элементов сравнения, конденсаторов сглаживающего фильтра 16, инвертора 17, логического элемента ИЛИ 18, усилителя 19, разделительного конденсатора 20, диодов 21, 22 и резисторов 23 24, регулировочные потенциометры усгавок защит 25-27, блока ненаправлен ной дистанционной защиты 28, включаю щей в себя измерительный дистанцион ный . пороговый элемент 29 и токовый блокирующий пороговый элемент 30, два инвертора 31, 32, логический элемент И 33, резисторы 34-37 элементов срав нения, интегрирующие сглаживающие конденсаторы 38, 39, блок направленной дистанционной защиты 40, состоящий из дистанционного измерительного порогового элемента 41, интегрирующе го сглаживающего конденсатора 42, ре зисторов 43, 44 элемента сравнения, фазоограничивающего элемента 45, ограничитель ны резисторов 46-48, логического элемента И 49 и элемента времени 50. Устройство содержит также логичес кий элемент ИЛИ 51 и исполнительный элемент 52, конденсатор 53 и резистор 54 во вторичной обмотке дополнительного промежуточного, трансформато ра напряжения 3, резисторы 55-57, об разующие искусственную звезду, подключенную к фазам трансформатора напряжения, и два делителя напряжения 58, 59 и 60, 61 на резисторах. Устройство защиты работает следующим образом. При коротком замыкании уйеличйвается ток фидера контактной сети, например ток 1 , увеличивается также и ток во вторичной обмотке промежуто ного трансформатора. Этот ток, тгроходя через диоды выпря1«штельнрго мос та 4, вызывает увеличение падения на пряжения на параллельно соединенных регулировочных потенциометрах 25-27 уставок защит. Одновременно уменьшается напряжение поврежденного фидера, которое измеряется трансформатором напряжения и подается на промежуточный тран форматор напряжения 2. Уменьшается также выпрямленное двухполупериодное напряжение на выходе этого трансформатора (выпрямительный мост 5.) . Если короткое замыкание происходи в зоне действия ненаправленной защиты 28, то срабатывает пороговый дистанционный измерительный элемент 29 фиксирующий полное сопротивление пет ли короткого замыкания. Срабатывает также токовый измерительный пороговый элемент 30. Схемы пороговых элементов 29 и 30 аналогичны схеме расkpытoгo порогового элемента 9. Пороговый элемент срабатывает, когда напряжение на базе его первого транзистора дифференциального каскада сравнивается с напряжением на базе второго транзистора этого же дифференциального каскада, заданного делителем 58, 59. Пульсация выпрямленного напряжения сглаживается интегрирующими конденсаторами, включенными в цепь обратной связи усилителя этого порогового элемента. При срабатывании порогового элемента первый транзистор закрывается, а выходной его транзистор открывается. Далее закрываются транзисторы инверторов 31, 32. На выходе логического элемента И 33 появляется сигнал, который, проходя через логическую схему ИЛИ 51, вызывает срабатывание исполнительного элемента 52 отключения масляного выключателя фидера. Для того чтобы ненаправленная защита первой ступени не работгша ложно при близких коротких замыканиях на смежном фидере контактной сети на логический элемент И 33 заведена блокировка по току от порогового измерительного элемента 30 через инвертор 32, Уставка срабатывания элемента 30 выбирается большей максимального тока подпитки места повреждения контактной сети соседней подстанции . Если короткое замыкание на контактной сети случается в зоне действия направленной защиты 40, то из-за повышения тока фидера и снижения напряжения Срабатывает измерительный пороговый элемент 41 второй ступени, а также фазоограничивакмций элемент 45, на входе логического элемента 49 появляется сигнал, запускающий элемент времени 50, который далее через логический элемент ИЛИ 51 вызывает срабатывание исполнительного элемента 52.. Если снижение напряжения происходит из-за возрастания тока нагрузки (перегрузка), то фазоограничивающий элемент 45 не срабатывает, так как его срабатывание происходит при углах сдвига тока относительно напряжения, больших 45-55, т.е-, индуктивной нагрузке, а токи Нагрузки носят активный характер. На логический элемент И 49 поступает запрещающий сигнал, и на его выходе сигнал срабатывания не появляется несмотря на срабатывание измерительного порогового элемента 41. При включении фидера контактной сети, если на нем находятся нагрузки в виде электровозов с поднятыми пантографами, кроме периодического броска намагничивающего тока трансформаторов электровозов возникает и апериодическая составляющая этого тока, причем апериодическая составляшвдая броска может быть как положительной, так и отрицательной. Например, при броске тока намагничивания трансформатора с положительной апериодической составляющей (см. фиг. 2а) на конденсаторе 62 (кривая 63) после диода выпрямителя 6 появляется положительное Напряжение, вызывающее срабатывание порогового элемента 9. Его первый транзистор, нормально закрытый отрицатель ным током смещения через резистор 15, открывается (кривая 64), выходной его трачз стор закрывается (кривая 65), и через логический элемент HJW 18 открывается выходной транзистор усилителя 19. При этом на правой ,О(б«ладке разделительного конденсаторд 20 появляется положительное напряжение +U, поступающее через разделительные диоды 21, 22 и резисторы 23, 24 на входы пороговых измерительных элементов 29 и 41 блоков ненаправленной 2.8 и направленной 40 защит, загрубляя уставки их срабатывания.

В случае отрицательной полярности апериодической составляющей в токе броска намагничивания (см, фиг. 26) на конденсаторе 66 (кривая 67) появляется отрицательное напряжение, вызывающее срабатывание верхнего порогового измерительного элемента 9. Его первый транзистор, нормально открытый током положительного смещения через резистор 10 элемента сравнения, на его входе закрывается (кривая 68), выходной транзистор открывается (кривая 69), инвертор 17 закрывается (кривая 70). При этом также открывается выходной транзистор усилителя 19, и на правой обкладке разделительного конденсатора 20 появляется положительное напряжение +U, поступающее через указанные выше разделительные диоды 21, 22 и резисторы 23, 24 на входы пороговых элементов 29 и 41 блоков ненаправленной 28 и направленной 40 защит, загрубляя, как и в первом случае, уставки их срабатывания.

При коротких замыканиях кривая тока фидера симметрична, поэтому срабатывание пороговых измерительных элементов 9 не происходит и уставки защит не загрубляются.

Так как связь блока отстройки от бросков тока намагничивания трансформаторов электровозов 8 с измерительными пороговыми элементами 29 и 41 защит выполнена динамической через разделительный конденсатор 20, то любое повреждение этого блока не приводит к отказу защит и не изменяет нормальных уставок их срабатывания.

Входное сопротивление пороговых элементов 9,29,30,41 выбрано на два порядка больишм, чем сопротивления резисторов регулировки уставок. Это позволяет включить их параллельно в выходную обмотку трансформатора тока и иметь общий выпрямительный мост 4 для всех защит, отказавшись от индивидуальных развязывающих трансформаторов и мостов элементов заодит, т.е. общее количество необходимых элементов (трансформаторов, выпрямителей) значительно сокращено по сравнению с прототипом.

При близких коротких замыканиях фазоотраничивающий элемент 45 имеет мертвую зону, т.е. перестает работать, так как напряжение на его входе уменьшается до нуля. Поэтому при с близких коротких замыканиях направленный узел защиты может работать ложно. Чтобы этого не происходило, на вход напряжения фазоограничивагмцего элемента 45 подано дополнительное

Q не исчезающее при близких коротких замыканиях напряжение через резистор 47. Таким напряжением является повернутое на 90 при помощи трансформатора 3 и R-C цепи в его вторичной обмотке фазовое напряжение. При5 цем при двухфазном коротком замыкании и на контактной сети, например между фазами А и С, берется фазовое напряжение ОВ, при коротких замыканиях мейоду фазами В и С берется фазовое напряжение ОА (см. фиг. 3).

Фазовые необходимые напряжения подаются на дополнительный промежуточный трансформатор 3 с резисторов 55-57 искусственной звезды.

5 Таким образом, такое выполнение устройства повышает селективность защиты фидеров контактной сети по отношению к возможным нагрузочным режимам и надежность работы как за счет сокращения числа необходимых элементов, так и за счет исключения мертвой зоны дистанционного направленного элемента.

формула изобретения

1. Устройство для защиты от тока короткого замлкания фидера контактной сети переменного тока электрических железных дорог, содержащее блок ненаправленной дистанционной защиты, включающей в себя измерительный дистанционный пороговый элемент и токовый блокирующий пороговый элемент

с резисторами элементов сравнения, выходы которых через инверторы соединены с логическим элементом И, а токовые входы связаны через регулировочные потенциометры уставок защиты

и первый выпрямительный мост с проХмежуточным трансформатором тока, а входы напряжения подключены к промежуточному трансформатору напряжения через второй выпрямительный мост, и блок направленной дистанционной защиты, включающий в себя второй измерительный дистанционный пороговый элемент, токовый вход которого связан через свой регулировочный потенциометр уставки защиты с первым упомянутым выпрямительным мостом, а его вход напряжения - со вторым упомянутым выпрямительным мостом и фазоограничивающий элемент, токовый вход которого подключен непосредственно к промежуточному трансформатору тока, а вход напряжения - непосредственно к трансформатору напряжения, при этом их выходы соединены с входами второго логического элемента И, выход которо го подключен к элементу времени, сое диненному с первым входом логическог элемента ИЛИ, к второму входу которо го подключен выход первого логическо го элемента И блока дистанционной не направленной защиты, а выход подключен к исполнительному элементу, от личающееся тем, что, с целью повышения надежности и селек.тивности, в него дополнительно введе ны блок отстройки от бросков токов намагничивания трансформаторов элект ровозов и два выпрямителя соответственно положительной и отрицательной полуволн броска токов намагничивания, при этом блок отстройки от брос ков токов намагничивания выполнен в виде двух пороговых элементов, вход первого из которых подключен через резистор его элемента сравнения к положительному полюсу источника опор ного напряжения, а вход второго через резистор его элемента сравнения к минусовому полюсу источника опорного напряжения, а оба входа пороговых элементов через объединенные попарно резисторы указанных элементов сравнения подключены к выпрямительным диодам положительной и отрицател ной полуволн броска тока намагничива ния, а их выходы один непосредственно, другой через инвертор соединены с входами логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к усилителю коллектор выходного транзистора по следнего через разделительный конден сатор и две параллельные цепи, кажда из которых состоит из диода .и резистора, подсоединен к входам измерительных дистанционных пороговых элементов блоков напр)авленной и ненаправленной защит. 2, Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью сокращения числа развязывающих трансформаторов в цепи тока и напряжения, вторичные обмотки промежуточных трансформаторов тока и напряжения выполнены со средней точкой, к выводам которых подключены диоды выпрямительных мостов, а между объединенными средними точками вторичных обмоток этих трансформаторов, подключенных к делителю напряжения и выходё№1 выпрямительного моста, в цепи тока подключены параллельно регулировочные потенциометры уставок защит. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью исключения мертвой зоны дистанционного Направленного блока загЦиты при близких коротких замыканиях, оно снабжено вторым дополнительным промежуточным трансформатором напряжения и фазосдвигакдцей R-C цепью, при этом первичная обмотка указанного дополнительного промежуточного трансформатора напряжения подключена к резистору искусственной звездюл, подключенной к фазам трансформатора напряжения шин, а вторичная обмотка подключена к R-C цепи, при этом средняя точка вторичной обмотки дополнительного промежуточного трансформатора напряжения соединена со средней точкой токового и основного промежуточного трансформатора напряжения, а точка соединения резистора и конденсатора R-C цепи через дополнительный резистор подключена по входу напряжения фазоограничивающего элемента. Источники информации,. принятые во внимание при экспертизе 1.Кучма К.Г. и др. Защита от токов короткого замыкания в контактной ;ети. и., Транспорт, 1960, гл. VIII. 2.Электронные устройства релейной защиты и автоматики в системах 1тягово1Ч энергоснабжения. Под ред. В.Я. Овласюка. М., Транспорт, 1974, рис. 114.

Gf

jg: 55 fe% i %i%J5