Устройство для защитного отключения контактной сети постоянного тока с цикличным прерыванием цепи нагрузки Советский патент 1981 года по МПК H02H3/17 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ЦИКЛИЧНЫМ ПРЕРЫВАНИЕМ ЦЕПИ

I

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для защиты от утечек тока в шахтной контактной сети электровозного транспорта с периодическим (цикличным) прерыванием цепи нагрузки.

Известно по основному авт.св. № устройство для защитного отключения контактной сети от утечек тока с цикличным прерыванием цепи нагрузки, которое содержит источник оперативного тока, подключенный к сети с полярностью обратной силовому источнику, чувствительный орган, датчик оперативного тока и датчик наличия паузы силового напряжения сети, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входом чувствительного органа, содержащего дополнительный источник постоянного тока, к выходу которого подключены входы питания последовательно соединенных формирователя селекторных импульсов, селектора оперативного тоНАГРУЗКИ

ка и релейного органа, выход которого соединен с цепью отключения сети. Кроме того, устройство снабжено ограничивающим и разрядным резистором и тремя диодами, один из которых шунтирует датчик оперативного тока, подключенный к зажимам силового источника через последовательно соединенные источник оперативного тока, ограничивающий резистор, зашунтиро10ванный вторым диодом, и разрядный резистор, причем цепь, состоящая из Последовательно соединенных датчика оперативного тока и источника оперативного тока, зашунтирована третьим

15 диодом, включенным в проводящем .направлении для тока силового источника, а диоды - шунтирующий датчик оперативного тока и ограничиващий резистор, включены встречно для тока

20 силового источника c-rj.

К недостаткам известного устройства относится недостаточная надежность работы при- возникновении в сети недопустимых токов перегрузки и коротких замыканий. Это объясняется тем, что с целью уменьшения потерь в двигателях электровоза и наименьше го снижения КПД преобразователя длительность паузы в силовом питании сети для осуществления контроля сопротивления утечки необходимо установить наименьшей, с учетом обеспечения надежности работы устройства при допустимых перегрузках тягового преобразователя. Однако при возникновении в сети недопустимого сопротивления утечки при минимальной пауз силового питания в случае наличия (недопустимых токовых перегрузок или удаленных от подстанции токов короткого замыкания (когда токовая отсечка м.т.з не срабатывает) устройство не может произвести защитного отключения, отключение же сети максимально токовой защиты не обеспечивает, требуемой по условиям электробезопас ности быстродействия, поскольку она имеет токовременную зависимость. Отказ в работе защиты от утечек происходит потому, что при работе преобра зователя в режиме тяговой нагрузки сети при большом соотношении индуктивности и активного ее сопротивлени импульсы силового тока заходят в область отрицательного напряжения. Ток при отрицательном напряжении сети поддерживается за счет действия ЭДС, ее индуктивности. Время«лротекания прямого тока в области отрицательног напряжения сети (т,е. приращения уг.ла проводимости вентилей преобразователя или длительность его инвертор ного режима при выключении силового тока) зависит как от соотношения индуктивности и активного сопротивления сети, так и от величины ее тягового тока. Если длительность протекания прямого тока в области отрицательного напряжения сети превысит длительность паузы силового напряжения, предназначенной для осущест вления контроля сопротивления утечки то вследствие наличия напряжения обратной полярности в сети, которое превышает значение напряжения источника оперативного тока, имеющего такую же полярность, обуславливает протекание обратного тока в его цепи во время контроля сопротивления утеч ки (во время протекания селекторного импульса в логической схеме чувстви тельного органа защиты), что вызовет 4 отказ в работе защитного устройства, поскольку чувствительный орган срабатывает только при превышении порога прямого тока оперативной цепи. Целью изобретения является повышение надежности работы устройства при появлении в сети недопустимых перегрузок и коротких замыканий. Поставленная цель достигается тем, что устройство для защитного отключения контактной сети постоянного тока с цикличным прерыванием цепи нагрузки снабжено датчиком состояния вентилей силового преобразователя и логическим элементом ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом чувствительного органа, а входы его соединены соответственно с датчиком сопротивления утечки и датчиком состояния вентилей, вход которого подключают к силовому преобразователю. На чертеже изображена блок-схема устройства. Управляющие электроды вентилей силового выпрямителя 1 подключены к системе 2 управления. Нагрузка 3 подключена к сети через вентильный заградитель , в качестве которого использован обычиь1Й неуправляемый вентиль. Источник 5 оперативного тока подключен к сети через датчик 6 сопротивления утечки (датчик оперативного тока)и фильтр 7 присоединения, в состав которого входит диод 8,шунтирующий датчик сопротивления утечки, а также цепь, состоящую из последовательно соединенных токоограничивающего резистора 9, зашунтированного диодом 10, и разрядного резистора 11, включенную последовательно с источником оперативного тока, и диод 12, шунтируюа1ий цепь, состоящую из последовательно соединенных датчика 6 сопротивления утечки и источника 5 оперативного тока,причем диод 12 включен в проводящем направлении для тока силового источника, а диоды 8 и 10 включены для него встречно. Фильтр присоединения служит для исключения влияния тока силового источника на надежность работы датчика сопротивления утечки и источника оперативного тока. Первый вход чувствительного органа 13 соединен с датчиком наличия паузы в силовом питании сети, в качестве которого используется система 2 управления силового преобразователя. Второй вход чувствительного органа соединен с логическим элементом ИЛИ It, первый вход которого соединен с датчиком 6 сопротивления утечки, а второй - с датчиком 15 состояния вен тилей i/вход которого подключен к силовому преобразователю 1. Чувствител ный орган 13 защитного устройства состоит из последовательно соединенных формирователя 16 селекторных импульсов, селектора 17 оперативного тока и релейного органа 18, выход которого является выходом чувствител ного органа и соединен с системой 2 управления. Сопротивление утечки сети показано в виде резистора 19,емкость сети - в виде конденсатора 2 Устройство работает следующим образом. Система 2 управления осуществляет прерывистое питание управляющих элек тродов вентилей силового преобразователя 1, в моменты отсутствия тока в цепях управления этих вентилей они запираются и, следовательно, источни силового постоянного тока сети также оказывается запертым. При этом, с цельЪ получения высокой стабильности параметров цикличного питания сети, частота этого прерывистого питания жестко синхронизирована с частотой напряжения питающей сети переменного тока (это достигается, например, путем применения в системе управления коммутирующего блока, выполненного и последовательно соединенных ключа и делителя частоты, вход которого связан с одной из фаз напряжения питающей сети переменного тока). Во время паузы силового питания сети ток от оперативного источника 5 протекает через сопротивление 19 утечки и параллельно ему через емкость 20 сети (во время ее заряда), а также через датчик 6 сопротивления утечки и через резисторы 9 и 11. .В случае, когда преобразователь работает в инверторном режиме (при нагрузке с большим соотношением индуктивности и активного сопротивления), при котором импульсы силового тока заходят в область отрицательного напряжения сети, емкость сети заряжается до этого значения напряжения, а после запирания преобразователя разряжаетс через сопротивление 13 утечки и через цепь, состоящую из разрядного резистора 11, диода 10, источника 5 оперативного тока и диода 8. В конце паузы силового питания, когда пере86ходный процесс заряда (разряда) емкости заканчивается, оперативный ток имеет только принужденную составляющую и протекает только через сопротивление 19 утечки. Через нагрузку 3 оперативный ток не протекает, так как в ее цепи находится вентильный заградитель , также он не протекает через диоды 8, 10 и 12, поскольку они включены для него встречно. Измерение сопротивления утечки производится чувствительным органом 13, один из входов которого соединен с датчиком 6 сопротивления утечки через логический элемент ИЛИ 14. В процессе выделения сигнала этого датчика селектор 17, выполненный на логическом элементе И, подает на вход релейного элемента 18 сигнал управления только при наличии открывающих сигналов на обоих его входах. При этом на один его вход подается открывающий сигнал с формирователя 16 селекторных импульсов, выполненного из последовательно соединенных нуль-органа и логического элемента° И, только лишь в момент окончания паузы силового питания сети. На второй вход селектора 16 поступают сигналы с датчика 6 сопротивления утечки через логический элемент ИЛИ 1, причем этот сигнал поступает на протяжении длительности импульса силового питания сети, а во время его прерывания этот сигнал отсутствует при условии, что в сети нет утечки. При появлении же недопустимого сопротивления утечки на этот вход поступает открывающий сигнал и в момент прерывания силового питания сети (так как через датчик 6 сопротивления утечки протекает оперативный ток). Следовательно, при отсутствии утечки на оба входа селектора 16 открывающие сигналы поступают поочередно (не совпадая во времени) и на выходе его сигнал отсутствует, при появлении же утечки на оба его входа (в момент прерывания силового питания) открывающие сигналы поступают одновременно и селектор подает сигнал управления на релейный элемент 18, который срабатывает и воздействует на цепь отключения выключателя кон- тактной сети. В случае появления в сети недопустимогб тока перегрузки или короткого замыкания при.большом соотношении ее индуктивности и активного сопротивления, когда длительность протекания прямого тока в области отрицательного напряжения сети превышает длительность паузы силового напряжения, предназначенной для осуществления контроля сопротивления утечки, датчик 15 состояния вентилей силового преобразователя 1 фиксирует открытое состояние вентилей преобразователя и подает через логической элемент ИЛИ Н открывающий сигнал на селектор 17, который подает сигнал управления на релейный элемент 18 в момент поступления сигнала с формирователя 16 селекторных импульсов и воздействует на цепь отключения выкл чателя контактной сети. При этом следует отметить, что на ряду с использованием датчика состоя ния вентилей преобразователя можно использовать датчик обратного тока оперативной цепи или датчик силового тока нагрузки, или датчик обратного напряжения сети (порог срабатывания которого выше величины напряжения ис точника оперативного тока). Предпочтение отдано использованию датчика состояния вентилей потому, что отдельные виды таких датчиков применяются в серийных тиристорных преобразователях (например, преобразователях объединения Преобразователь) и по сравнению с датчиком тока дают более правильную информацию о состоя нии вентилей. Для исключения снижения уставки срабатывания устройства под влиянием разряда емкости сети при граничном режиме работы преобразователя в инверторном режиме при прерывании тока нагрузки сети, когда момент запирани преобразователя происходит непосредственно перед моментом контроля сопротивления утечки сети (перед момен том формирования селекторного сигнала) необходимо выполнение условия 8 олного разряда емкости сети через азрядную цепь (резистор 11, диод 10, сточник 5 оперативного тока и диод 8) на протяжении времени непосредственного контроля сопротивления утечки, т.е. устанавливаютдлительность селекторного импульса не менее, чем длительность переходного процесса разряда емкости сети для того, чтобы оперативный ток во время контроля сопротивления утечки .мог достичь уста-т новившегося значения. Технико-экономические преимущества изобретения заключаются в повышеНИИ надежности работы за счет использования минимально необходимой длительности паузы в силовом питании и устранения отказов в его работе при появлении недопустимых перегрузок и коротких замыканий в условиях повышенного соотношения йндyкfивнocти и активного сопротивления сети. Формула изобретения Устройство для защитного отключения контактной сети постоянного тока с цикличным прерыванием цепи нагрузки по авт.св. № 845218, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено датчиком состояния вентилей силового преобразователя и логическим элементом ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом чувствительного органа, а входы его соединены соответственно с датчиком сопротивления утечки и датчиком состояния вентилей, вход которого подключают к силовому преобразователю. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авто|3ское свидетельство СССР по заявке N 279 009/24-07,кл.Н 02 Н 3/16, 1979.