Способ формирования импульсного цикличного питания нагрузки секционированной контактной сети с контролем сопротивления утечки Советский патент 1981 года по МПК B60M3/00 H02H3/16 

(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МШУЛЬСНОГО ЦИКЛШНОГО

ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ СЕКЦИОНИРОВАННОЙ КОНТАКТНОЙ СЕТИ С КОНТРОЛЕМ СОПРОТИВЛЕНИЯ УТЕЧКИ

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системе защиты от утечек тока шахтной г онгактной сети электро возного транспорта с периодическим (цикличным) прерыванием цепи нагрузки. Известен способ питания нагрузки контактной сети постоянного тока с контролем сопротивления утечки, осно ванный на цикличном формировании импульсов тока и бестоковых пауз СО . К недостаткам этого способа относится . наличие крутого переднего фронта импульсов силового тока сети содержащих повьшенный спектр высоко частотных гармонических составляющих, что вносит повышенные помехи для средств связи, кроме того, боль шие скорости нарастания напряжения тока в питании сети создают,значительные нескомпенсированные импульс магнит1л 1Х и электрических полей, ко тррые в свою очередь наводят ЭДС в жилах кабелей другого подземного электрооборудования, проложенных вбли зи элементов силовой цепи тока контактной сети. Наводимые ЭДС являются не только опасными с точки зрения, требований злектробезопасности, но и опасными с .точки зрения ложных срабатываний элементов цепей управления, контроля и электрооборудования, особенно полупроводниковых приборов (транзисторов, тиристоров, динисторов и др.). Надежность работы управляемых полупроводниковых вентилей, входящих в состав электрооборудования сети, в режиме отпирания их для тока с высокой скоростью его нарастания зависит от скорости насыщения управляющих переходов, которая, в свою очередь, зависит от крутизны и величины амплитуды импульса тока управления. ОднакЪ скорость насыщения управляющего перехода ограничена рядом факторов (величиной площади управляющего перехода, его объемиьП сопротивлением и др.) и увеличение тока управления вьше 1 ,5-2.А уже не оказывает заметного влияния на увеличение ширины первоначально включенной зоны управляюгощего перехода тиристора. Таким образом, даже при максимальных значениях тока управления необходимо ограничение скорости нарастания прямого тока не только критического значения, но и ограничения токов больших некоторого уровня, при котором эффект скорости нарастания силового тока никак не влияет на ресурс прибора, но приводит к повреждению, которое носит усталостный характер и в результате чего происходит повреждение его управляю1 его перехода и вентиль теряет запирающее свойство.

Все это снижает надежность и качество питания сети с контролем сопротивления утечки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ формирования импульсного цикличного питания нагрузки секционированной контактной сети с контролем сопротивления утечки, основанный на преобразовании переменного тока в постоянный и создании в нем контрольных бестоковых пауз путем jioceKионного прерывания питания сети и разделения ее на отдельные изолированные друг от друга секции 2,

Использование этого способа в системе защиты от утечек тока позволяет повыс.ить надежность работы защиты за счет разделения сети на ряд изолированных друг от друга секций и измерения величины сопротивления утечки на каждой секции независимо от других, Это объясняется тем, что при реализации этого способа есть возможность обеспечения селективности отключения секции сети на которой возникло неопустимое сопротивление утечки без отключения неповрежденных секций. роме того, в условиях раздельного контроля сопротивления утечки на кажой секций отдельным защитным устройством, облегчается работа защиты за чет того, что суммарная величина сопротивления изоляции и емкости сети также разделяются секционными выключателями, и, следовательно, облегчают6я условия контроля сопротивления течки в целом (поскольку для каждого отдельного защитного устройства а каждой секпии сети величина емКОСТИ и ее влияние на уставку срабатьгоания значительно уменьшается по сравнению с влияниемемкости всей сети, и, кроме того, по аналогичным причинам, есть возможность для повыщеьшя уровня минимально допустимого значения сопротивления изоляции сети.

К недостаткам этого способа относится то, что для его реализации необходимо формирование импульсов силового тока на каждой секции сети, лри этом производится двойное преобразование электрической энергии - преобразование переменного тока в постоянный на шинах сети (или на магистральной секции), а затем преобразование постоянного тока в импульсный с крутым передним и задним фронтом, его импульсов на отходящих секциях сети. Кроме того, при реализации способа нельзя выполнить защиту от утечек тока на шинах сети (или на магистральной секции).

Все это снижает надежность и качество питания сети с контролем сопротивления утечки.

Цель изобретения - повышение надежности н качества питания.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу питания нагрузки секционированной контактной сети постоянного тока с контролем сопротивления утечки, основанному на преобразовании переменного тока и создании контрольных бестоковых пауз путем посекционного прерывания питания сети н разделения ее на отдельные изолированные друг от друга секции, переменный ток преобразуют в цикличньш импульсный путем формирова1шя импульса с синусоидальным передним и задним фронтом при помощи раздельной коммутации фаз силового питаш я, а упо-. мянутое разделение сети производят синхронного с началом бестоковой паузы, при этом длительность разделения обеспечивают равной длительности бестоковой паузы.

На чертеже изображена блок-схема питания сети с контролем сопротивления утечки, реализующей данный способ.

Управляющие электроды вентилей управляемого преобразователя постоянного тока 1 подключены к системе 2 пита1-1ия управляющих электродов тягового преобразователя. Нагрузка 3 и 4

подключается к секциям 5, 6 и 7 контактного провода сети (нагрузка на секции 7 и ее выключатель не показаны) с помощью вентильных заградителей 8 и 9, в качестве которых использованы обычные неуправляемые вентили. Секция 6 контактного провода подключена к магистральной секции 5 через секционный выключатель 10, управляющие электроды вентилей которого подключены к системе 11 питания управляющих электродов, вход которой подключен к датчику 12 силового питания, который, в свою очередь, подключен к сети через вентильный заградитель 13. Защитные устройства 14 и 15 подключены между прямыми и обратными проводами секций тяговой сети и выходы их соединены соответственно с системой 2 питания управляющих электродов тягового преобразователя и системой 1J екционнрго выключателя 10. Сопротивление утечки секции контактной сети (сниженное сопротивление изоляции или сопротивление тела прикоснувшегося к контактному проводу человека) показано в виде сопротивления 16. Распределенная емкость секции контактной сети показана в виде емкости 17. Источники 18 оперативного тока защитных устройств 14 и 15 подключены через датчики 19 оперативного тока между прямыми и обратными проводами контактной сети. Чувствительный орган отдельного защитного стройства состоит из источника 20 питания, выход которого соединен со входами питания формирователя 21 селекторных импульсов, селектора 22 рперативного тока и релейного элемента 23. Первый вход селектора 22 оперативного тока соединен с датчиком 19 оперативного тока, второй его вход соединен через формирователь 21 селекторных импульсов с датчиком наличия паузы в силовом питании сети, в качестве которого используется система 2 питания управляющих электродов (или 1 1).

Работа осуществляется следующим образом.

Система 2 управления силового выпрямителя 1 осуществляет цикличное прерьшистое питание управляющих электродов его вентилей, в моменты отсутствия тока в цепях управления этих вентилей они запираются и, следовательно, источник рабочего постоянного тока также оказывается запертым.

Таким образом производится форма- рование цикличного прерывистого электроснабжения контактной сети. Причем формирование силовых импульсов напряжения для цикличного прерьшистого электроснабжения контактной сети осуществляется с синусоидальным передним и задним фронтом этих импульсов. Это достигается тем, что во время

формирования импульса система 2 управления обеспечивает подачу управляющих сигналов на управляющие электроды первой проводящей пары венти лей силового преобразователя 1 в моSмент начального нулевого значения открывающей полуволны напряжения питающей сети переменного тока, а подача управляющих сигналов на управляющие электроды остальных вентилей

0 силового преобразователя осуществляется с начальной задержкой времени до момента когда угол проводимости первой проводящей пары достигнет значения угла естественной коммутации

S вентилей. Таким образом, в начальный момент формирования импульса силового напряжения проводит ток только одна, первая проводящая пара вентилей силового преобразователя, а остальоные его вентили остаются закрытыми. Поскольку первая проводящая пара вентилей проводит ток с нулевого значения фазы напряжения питающей пары переменного тока, то и напряжение на

5 выходе преобразователя имеет синусоидальную форму. После истечения процесса формирования синусоидального переднего фронта импульса сигналы управления подаются на управляющие :.

0 электроды остальных вентилей преобразователя по обычным принципам управления вентильными преобразователями, однако отпирание вентилей производит.ся в моменты их естественной коммутации. После снятия сигналов упSравления с преобразователя последняя проводящая пара его вентилей проводит ток до момента перехода тока питающей сети через нулевое значение и запирается при уменьшении этого тока, ниOже значения тока удержания тиристоров этой пары, при этом напряжение (задний фронт импульса) на выходе преобразователя также имеет синусоидальную форму.

5

Силовое импульсное натгряжение сети поступает на нагрузку А секции 6 контактного провода через секционный выключатель 10. При этом открьшание

и закрьтание вентилей этого выключателя производится от системы I1 питающих электродов по команде датчика 12 силового напряжения. Таким образом, открытое и закрытое состояние вентилей секционного выключателя 10 синхронизировано с аналогичным сотоянием силового преобразователя 1, который осуществляет прерывание силового тока, а секционный выключатель при этом несет только функцию разделения сети на изолированные дру от друга секции во время контроля сопротивления утечки и блокирования подачи силового напряжения на секцию по сигналу защитного устройства 15, которое срабатывает при возникновении на секции недопустимого значения сопротивления 16 утечки. При этом электроснабжение потребителей на секциях 5 и 7 контактного провода не пркращается, В процессе контроля сопротивления утечки защитными устройствами 14 и 15 оперативный ток от оперативных источников 18 протекает через сопротивление 16 утечки и параллельно ему через емкость 17 секции контактной сети и через датчик 19 оперативного тока. Через нагрузку 3 и 4, а также через датчик 12 напряжения оперативньш ток не протекает, 1|оскольку в их цепи стоят вентильные заградители 8, 9 и 13. Вьщеление и измерение оперативного тока производится чувствительным органом защитных устройств. В процессе вьщеления оперативного тока исполнительньй релейный элемент 23, селектор 22 оперативного тока и формирователь 21 селекторных импульсов, получая пита1ше от вспомогательного источника 20, реагируют на поступающие сигналы. Селектор 22 оперативного тока выполненный на логическом элементе И, подает на вход релейного элемента 23 сигнал управления только при наличии открывающих сигналов на обоих его входах. При этом на один его вход подается открывающий сигнал с формирователя 21 селекторных импульсов, вьтолненного в виде последовательно соединенных дифференцирующей цепи с детектором однополярных импульсов и блока ззадержки, - на его вход поступают сигналы с системы 2 (или 11) управления с крутым передним и задним фронтом. Дифференцирующая цепь формирует на выходе импульс напряжения пропорциональный производной от входной величины сигнала. На выходе дифференцирующей цепи с помощью детектора выделяются однополярные импульсы, полученные в результате дифференцирования

крутого фронта импульса входного сигнала, который определяет момент начала протекания оперативного тока по контролируемой цепи (момент начала пйузы силового питания нагрузки).

Блок задержки задерживает выход сформированного короткого сигнала на время, необходимое для его синхрониз: ции с моментом окончания импульса оперативного тока (с моментом окончания паузы силового питания нагрузки) (эта синхронизация необходима для того, чтобы емкость сети 17 зарядить до величины напряжения источника оперативного тока в начале паузы сило-вого питания нагрузки к моменту контроля оперативного тока, т.е. исключить влияние ее на уставку срабатывания защитного устройства).

На второй вход селектора 22 оперативного тока поступают сигналы суммарного напряжения от силового источника 1 и оперативного источника 18, содержащие, в момент прерывания силового питания сети сигналы источника оперативного тока, протекающего через сопротивление утечки 16, так как силовой преобразователь 1, секционный выключатель 10, и вентили 8, 9 и 13, в этот момент для него закрыты. Таким образом на этот вход поступает открывающий сигнал на протяжении импульса силового питаьшя сети, а в момент его прерывания этот сигнал отсутствует при условии, что в сети нет,утечки. При появлении же утечки на этот вход будет поступать открывающий сигнал и в момент прерывания силового питания сети (т.к. через датчик оперативного тока 19 будет протекать оперативный ток). Следовательно, при отсутствии утечки на оба входа селектора 22 оперативного тока открывающие сигналы поступают поочередно (не совпадая во времени) и на выходе его сигнал отсутствует. При появлении же утечки на оба его входа (в момент прерьгоания силового питания) открьюающие сигналы поступают одновременно и он

подает сигнал управления на релейный элемент 23, который срабатывает и воздействует на цепь отключения выключателя контактной сети; Использование предлагаемого спосо ба обеспечивает по сравнению с извес ными следующие преимущества: а)повьшение надежности питания сети за счет исключения трудностей по отключению токов перегрузки и короткого замыкания, а также повышается йадежность питания сети за -счет снижения скорости нарастания импульсов силового тока, которое достигает ся форьгарованием импульса силового напряжения с синусоидальным передним и задним фронтом при помощи раздельной коммутации фаз силового пита ния, а также за счет снижения требо вания к системе управления и токоограничивающим средствам электрооборудования сети в условиях работы его при больших значениях скорости нарас тания силового тока нагрузки .сети, а также за счет обеспечения защиты от утечек распределительных шин на подстанции; б)снижение спектра высокочастотных гармонических составляющих силового тока при цикличном питании контактной сети йутем исключения крутог переднего и заднего фронта силового напряжения сети со значительными импульсными перенапряжениями за счет формирования синусоидальной формы переднего и заднего фронта импульса силового напряжения, что позволяет снизить уровень помех для телефонной связи и высокочастотной связи машиниста электровоза с диспетчером, а также позволяет снизить требования к входным цепям полупроводниковых приборов, работающих в схемах потребителей контактной сети и в сетях другого подземного электрооборудования, цепи которого располагаются в непосредственной близости с цепью силового тока контактной сети. Формула изобретения Способ формирования импульсного цикличного питания нагрузки секционированной контактной сети с контрй лем сопротивления утечки, основанный на преобразовании переменного тока и создании контрольных бестоковых пауз путем посекционного прерывания питания сети и разделения ее на отдельные изолированные друг от друга секции, отличающийс я тем, что, с целью повышения надежности и качества питания, переменный ток преобразуют в цикличный импульсный путем формирования импульса с синусоидальным передним и задним фронтом при помощи раздельной коммутации фаз силового питания, а упомянутое разделение сети произ . водят синхронно с началом бестоковой паузы, при этом длительность разделения обеспечивают равной длительности бестоковой паузы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР . № 674143, кл. Н 02 Н 3/16, 1976. 2.Отчет о НИР Испытание и внедрение аппаратуры защиты от поражения электрическим током в шахтных тяговых сетях. Пермский политехнический институт, инв. № Б 656184, с. 19-24, рис. 36.