Устройство для защиты контактной сетипЕРЕМЕННОгО TOKA OT зАМыКАНий HA зЕМлю Советский патент 1981 года по МПК H02H3/16 H02H3/38 B60M3/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ

Изобретение относится к релейной защите и предназначено для обнаружения токов замыканий на грунт в контактных сетях переменного тока электрических железных дорог. Известно устройство для защиты и управления фидером контактной сети электрических железных дорог переменного тока, содержащее датчик угл с фильтрами напряжения и тока, подключенными соответственно к измерительным трансформаторам напряжения и тока, соединенньиии соответственно с усилителями-ограничителями напряжения и тока, формирующими прямоугольные импульсы, совпадающие по фазе с полуволнами синусоид напряжения 10-180Р) и тока (0-180°), и исполнительный орган. При эa ttIкaнияx на зем лю, например, в случаях падений контактных проводов на грунт возможны токи замыканий значительно меньшие, чем при замыканиях на рельс, а угла сдвига фаз напряжения и тока при этом могут быть меньше минимально возможных при нагрузке и могут быть как положительными, так и отрицател ными til. Однако таким устройством подобные режимы замыканий обнаружить невозможно . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для защиты контактной сети переменного тока от замыканий на землю , содержащее датчик угла сдвига ., с фильтрами напряжения и тока, подключенными входами соответственно к измерительным трансформаторам напряжения и тока, а выходами соединенными соответственно с усилителями-ограничителями напряжения и тока, формирующими прямоугольные импульсы, совпадающие по фазе с полуволнами синусоид напряжения (0-180°) и тока (0-180), и исполнительный орган, причем датчик дополнительно снабжен логическим блоком на двух инверторах и двухвходовом элементе совпддения, один вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя напряжения, другой - с выходом инвертора, соединенного входом о выходом усилителяограничителя тока, а выход элемента совпадения - со входом второго инвертора, выход которого является выходом датчика и соединен с одним входом блока сравнения, другой вход которого

соединен с источником опорного напряжения, а третий - со схемой узла блокировки по минимальному току, вход которого соединен с выходом фильтра тока, -при этом выход блока сравнения соединен с исполнительным органом 2.5

Недостаток устройства состоит в ненадежности узла блокировки по миимальному току, содержсицего как правило, одно-или двухполупериодную схему выпрямления и схему сравнения вып- «О рямленного напряжения с опорным, и в низкой устойчивости от бросков тока намагничивания.

Цель изобретения - повышение надежности блокировки по ишнимальному 5 току и устойчивости устройства от бросков токов намагничивания.

Поставленная цель .достигается тем, что устройство, содержащее измери- 20 тельный трансформатор напряжения, измерительный трансформатор тока, выход которого подключен к первому входу датчика угла сдвига фаз кривых напряжений и тока с первым усилите- 25 лем-ограничителем тока, формирующим прямоугольные положительные импульсы, совпадающие с полуволной (0-180) кривой тока и с двумя инверторами, вход одного из которых соединен с вы- JQ ходом первого усилителя-ограничителя тока, причем выход указанного датчика подключен к первому входу блока сравнения углов, второй вход которого соединен с движком потенциометра jустановки опорного напряжения, один вывод потенциометра соединен с общим зажимом, выход блока сравнения углов подключен к исполнительному органу отключения линии, введены вспомогательный трансформатор и выпрями- тель на двух диодах, а упомянутый датчик угла сдвига фаз снабжен вторьйм усилителем-ограничителем тока, формирующим прямоугольные положительные импульсы, совпсщающие с полуволной 45 0-180) кривой тока, сдвоенным потенциометром с источником положительного и отрицательного напряжений смещений, четырьмя диодами,четырьмя формирующими блоками и узлом алгебраи- 50 ческого сложения на четырех резисторах, при этом измерительный трансформатор напряжения соединен с началом первичной обмотки вспомогательного трансформатора, начало первой вторич- «с ной обмотки соединено с катодом первого диодд выпрямителя и вторым входом указанного датчика, угла сдвига фаз, конец второй вторичной обмотки соединен с катодом второго диода выпрямителя и третьим входом датчи- М) ка угла сдвига фаз, аноды диодов соединены со вторым выводом потенцио:метра, причем конец первичной, конец первой вторичной и начало второй вторичной обмоток соединены с общим 45

зажимом, а второй усилитель-ограничитель тока упомянутого датчика угла сдвига фаз подключен первым входом к измерительному трансформатору тока, вторые входы обоих усилителей-ограничителей тока соединены G соответствующими движками сдвоенного потенциометра, два идентичных вывода . которого соединены с общим зажимом, а два других вывода - с источниками положительногои отрицательного напряжений смещений, причем аноды первого и второго диодов датчика угла сдвига фаз связаны со вторым, а аноды третьего и четвертого диодов с третьим входами датчика угла сдвига фаз соответственно, первые входы первого и второго формирующих блоков соединены с датодами первого и второго диодов датчика угла сдвига фаз, первые входы третьего и четвертого, формирующих блоков.связаны с катодам третьего и четвертого диодов датчика угла сдвига фаз, второй вход первого формирующего блока соединен со входом первого инвертора, выход ; второго усилителя-ограничителя и второй вход второго формирующего блока соединены со входом второго инвертора, выходы первого и второго инверторов - со вторыми входами третьего и четвертого формирующих блоков, выходы всех формирующих блоков подключены к выводам соответствующих резисторов узла алгебраического сложения, другие выводы которых объединены и являются выходом датчика угла сдвига фаз.

Величины напряжений смещений оп- ределяются требуемыми значениями угла отсечки и тока отсечки.

На фиг,1приведена структурная электрическая схема предлагаемого усройства; на фиг.2 - 3 временные диаграммы работы устройства в рабочем и аварийном режимах; на фиг.4 - зона работы устройства; на фиг.5 - принципиальная электрическая схема формирующего блока.

Устройство состоит из вспомогателHODO трансформатора 1, двухполуперионого выпрямителя 2, потенциометра 3 установки опорного напряжения, соответствующего учетверенному углу отсечки, датчика 4 угласдвига фаз кривых напряжения и тока, блока. 5 сравнения углов, исполнительного органа 6,

Датчик 4 угла содержит диоды 7-10 выделения вспомогательных полуволн, усилитель-ограничитель 11 тока с отрицательным напряжением смещения, усилитель-ограничитель 12 тока с положительным напряжением смещения, сдвоенный потенциометр установки напряжений смещений, содержащий потенциометры 13 и 14, формирующие блоки 15-18 с, выходными сигналами, одна четвертая часть суммы площадей которых соответствует текущему углу сдви га кривых напряжений и тока, инверторы 19 и 20, узел 21 алгебраического сложения, содержащий четыре резистора. На фиг.2 и 3 показаны кривые нап ряжения и тока линии, отрицательное и положительное напряжения смещений вспомогательные положительные полуволны, текущие углы сдвига положительной и отрицательной полуволн то с учетом напряжения смещения, сигна лы, соответствующие углам сдвига с учетом напряжений смещений, опорное напряжение, соответствующее учетверенному углу отсечки. На фиг.4 показаны зона работы ус ройства, граница зоны работы, грани ца максимально возможной зоны работ при токе отсечки, равном нулю. Устройство работает следующим об разом. . На первичную обмотку вспомогател ного трансформатора 1 поступает сиг нал с измерительного трансформатора напряжения. Со вторичных обмоток трансформатора 1 напряжения поступают в датчик 4 угла и на выпрямитель 2, формирующий опорное напряжение. С выпрямителя 2 опорного напряжения поступает на потенциометр 3 установки угла отсечки, а с движка потенциометра 3 на вход блока 5 сравнения углов. Сигнал с измерительного трансформатора тока поступает на входы ус лителей-ограничителей 11 и 12. На два других входа усилителей-ограничителей 11 и 12 с потенциометров 14 и 13 поступают отрицательное и положительное напряжение смещений соответственно. Управляющие сигналы с выходов уси лителей-ограничителей 11 и 12 поступают на блоки 15 и 16 непосредственно и через инверторы 19 и 20 на блоки 17 и 18. Блоки 15 и 18 формируют из полуволн вспомогательного напряжения ,вьоделяемых диодами 7-10 их час ти соответствующие текущим углом сдв га кривых напряжения и тока. Сигналы с выходов блоков 15-18 поступают на узел 21 алгебраического сложения, а с последнего суммарный сигнгш поступает на блок 5, который сравнивает текущий угол сдвига с углом отсечки. Если текущий угол меньше угла отсечки, фиксируется аварийный режим, а с выхода схемы сравнения поступает сигнал на исполнительный орган 6 отключения линии. Величины напряжений смещений определяются уровнем помех и вычисляют ся по формуле , i где ш. напряжение, снимаемое с шунта, подключенного к измерительному трансферматору тока; %тс уставка угла отсечки. Напряженке U и вычисляется по фоЕФлуле oTcvtt. tU-R-T m кт от с WI где Лоте уставка тока отсечки линии А; коэффициент трансформации измерительного трансформатора тока, сопротивление шунта. Ом. Защита от помех работает следующим образом. После наложения напряжений смещений на кривую тока (фиг.З) одна четвертат часть суммы текущих углов будет больше одной четвертой части установки угла отсечки, если текущее значение тока (или действующей вместо него помехи) меньше уставки тока отсечки, что соответствует безаварийному (рабочему) режиму. Появление ложного С1 гнала отключения контактной сети при бросках токов намагничивания тяговых трансформаторов локомотивов исключается тем, что одна четвертая часть суммы текущих углов за период близка и стремится к 90°эл., Вто время как одна четвёртая часть уставки угла отсечки по теоретическим расчетам не может превышать 32°эл. На фиг.4 заштрихована зона работы устройства. Граница этой зоны определяется током отсечки и углом отсечки и строится по формуле со Ч -а -ссос, coefarcc-in тек / где Лот-с уставка тока отсечки. А/ уставка угла отсечки,град.эл|; тенГ текущее значение тока линии, А/ текущее значение угла сдвига, град, эл. В предлагаемом устройстве повыается надежность блокировки по миимальному току. Кроме того, введе- ие двух разнополярных напряжений смеений позволяет повысить устойчивость стройства от бросков токов }гамагничиания без введения дополнительных злов, ЧТО выгодно отличает предлааемое от известных устройств аналоичного назначения. Формула изобретения Устройство -для згидиты контактной ети переменного тока от замыканий а землю, содержащее измерительный рансформатор напряжения, измерительый трансформатор тока, выход котоого подключен к первому входу датика угла сдвига фаз кривых напряения и тока с первым усилителем-оганичителем тока, формирующим прямоугольные положительные импульсы, совпадающие с полуволной (0-180) кривой тока, и с двумя инверторами, вход одного из КО.ТОРЫХ соединен с выходов первого усилителя-ограничителя тока, потенциометр установки любой полярности спорного напряжения, причем вывод датчика и движок потенциомет,ра соединены с соответствующими входа :ми блока сравнения углов, выход которого подключен к исполнительному органу отключениялинийка один вывод потенциометра соединен с общим зажимом, о т лли чающееся тем, что, с целью повслцения надежности блокировки по минимальному току и повышения устойчивости от бросков токов намагничивания, в него введены вспомогательный трансформатор и выпрямитель. на двух диодах, а упомянутый датчик угла сдвига фаз снабжен вторым усилителем-ограничителем тока, формирукидим прямоугольные положительные Импульсы, совпадающие с полуволной (0-180) кривой тока, сдвЪенным потенциометром с источниками положительного и отрицательного напряжений смещений, четырьмя диодами, четырьмя формирующими блоками и узлом алгебраического сложения на четырех резисторах,при этом измерительный трансформатор напряжения соединен с началом первичной обмотки вспомогательного трансформатора, начало первой вторичной обмотки соединено .с катодом первого диода выпрямителя и вторым входом указанного датчика угла сдвига фаз, конец второй вторичной обмотки соединен с яатодом второго диода выпрямителя и третьим входом датчика угла сдвига фаз, аноды диодов соединены со вторым выводом потенциометра,причем конец первичной , конец первой вторичной и начало второй вторичной обмоток соединены с общим зажимоь, а второй усилительограничитель тока упомянутого датчика угла сдвига подключен первым входом к измерительному трансформатору тока, вторыеВХОДЫ обоих усилителейограничителей тока соединены с соответствующими движкс1ми сдвоенного потенциометра, два идентичных вывода которого соединены с общим зажимом, а два других вывода соединены с источниками положительного и отрицательного напряжений смещений,

0 примем аноды первого и второго диодов датчика угла сдвига фаз соединены со BTOfHdM, :а аноды третьего и четвертого диодов с третьим входом датчика угла сдвига фаз соответствен5но/ первые входы первого и второго формирующих блоков соединены с катодами первого и второго диодов, пер, вые входы третьего и четвертого формирующих блоков соединены с катодами

0 третьего и четвертого диодов датчика угла сдвига фаз, второй вход первого формирующего блока соединен со входом первого инвертора, выход второго усилителя-ограничителя и второй вход второго формирующего блока сое5динены со входом второго инвертора, выходы первого и второго инверторов соединены со входами третьего и четвертого формирующих блоков, 1зыходы всех формирующих блоков под0ключены к выводам соответствующих резисторов узла алгебраического сложения, другие выводы которых объединены и являются выходом датчика

угла сдвига фаз.

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0

кл. Н 02 Н 3/16, 1978.

&ыход