Устройство для защитного отключения контактной сети Советский патент 1982 года по МПК H02H3/17 

Изобретение, относится к защитному отключению контактных сетей подземного электровозного транспорта при снижении сопротивления изоляции контактного провода в результате .естественного старения, различного рода повреждений и прикосновения людей к контактному проводу.

Известны устройства, осуществляющие контроль изоляции и защитное отключение контактной сети при помощи импульсов тока обратной полярности, которые создаются в контактной сети источником оперативного напряжения во время искусственно создаваемых и периодически повторяющихся пауз в питании контактной сети lj.

В указанном защитном устройстве чувствительный элемент защиты подключен параллельно силовому вентилю, включенному между плюсовым зажимом силового выпрямителя и контактным проводом, а источник оперативного напряжения подключен к зажимам силового выпрямителя таким образом, что при отключении последнего он создает в контактной сети ток обратной полярности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является защитное устройство, в котором прерывание тока нагрузки для получения контрольной паузы осуществляется снятием импульсов, отпирающих венти10ли силового выпрямителя. Снятие отпиракхцих импульсов в этом устройстве производится при помощи коммутирующего блока, представляющего собой делитель частоты и обеспечивающего

ts стабильную длительность паузы в напряжении питания контактной сети 2j.

Недостатками данного защитного устройства являются возможность ложных срабатываний защиты при малых

20 токах нагрузки, чрезмерное увеличение длительности контрольной паузы, что снижает быстродействие зажимного устройствами отсутствие самоконтроля 93 исправности защитного устройства. Емкость KOHtaKTHOH сети, которая может достигать нескольких микрофарад, к моменту снятия отпирающих импульсов с вентилей силового выпрямителя заряжена положительной полярностью. Если в контактной сети все потребители отключены, то емкость сети после запирания вентилей силового выпрямителя разряжается по, цепи: контак ныи провод - чувствительный элемент защиты - источник оперативного напря жения - рельсы, в результате чего чувствительный элемент срабатывает И блокирует включение силового выпря мителя после контрольной паузы. При малых токах наг|эузки емкость контактной сети к моменту запирания вентилей силового выпрямителя успевает полностью разрядиться, однако вслед за этим емкость.сети заряжается от источника оперативного напря жения. Зарядный ток также протекает через чувствительный элемент защиты и вызывает его срабатывание. Ложные срабатывания защиты не происходят при прерывании достаточно больших токов нагрузки, спадание которых затягивается из-за индуктивности контактной сети. Напряжение на выходе силового выпрямителя становится при этом отрицательным, следовательно, и емкость контаигтной сети оказывается заряженной отрицатель ной полярностью. После запирания вен тилей силового выпрямителя емкость сети апериодически разряжается до .величины напряжения источника оперативного напряжения. Длительность процесса разряда пропорциональна емкости сети и величине сопротивления в цепи разряда. Практически емкость сети разряжается через источник оперативного напряжения, в Цепи которого включено достаточно большое балластное сопротивление. Так, если величина этого сопротивления равна 1 кОм, а величина емкости сети 2 мкФ то длительность разряда емкости составит - а з t43RpC - 3.1..10 6.10 с, что соЬтветствует 108 зл.прад. Этому предшествует, процесс спадания тока нагрузки, длительност.ь которого при пиках тока нагрузки может достигать 150-180 эл.град (если отсчитывать углы с момента Прерыва ния отпирающих импульсов).Таким разом, длительность контрольной паузы в предлагаемом устройстве должна приниматься равной около 300 эл.град, что приводит к существенному снижению рабочего напряжения в контактной сети и быстродействия защиты в целом. При нормальных токах нагрузки процес спадания тока и разряда ,емкости сети завершается значительно быстрее, поэтому контрольные паузы с такой большой длительностью не требуются, В случае неисправности чувствительного элемента защиты он при появлении недопустимой утечки не срабатывает, в результате чего после окончания контрольной паузы в сеть подается рабочее напряжение. Цель изобретения - повышение быстродействия защиты и обеспечение самоконтроля исправности. Для достижения поставленной цели в устройство для защитного отключения контактной сети, содержащее прерыватель отпирающих импульсов в цепи управления силового управляемого выпрямителя, между плюсовым зажимом которого и контактным проводом включен силовой вентиль, чувствительный элемент, подсоединенный одним концом к плюсовому зажиму силового вентиля, источник оперативного напряжения, введены разрядный диод, логический элемент И-НЕ, комбинированный датчик тока и напряжения контактной сети, причем источник оперативного напряжения выполнен в виде параллельно соединенных дросселя и цепочки из последовательно включенных управляемого вентиля и первого стабилитрона, катод которого и .один конец упомянутого дросселя подключают к минусовому зажиму силового управляемого выпрямителя, а второй конец дросселя и катод управляемого вентиля, подключены к аноду разрядного диода и к катоду вновь введенного первого разделительного диада, анод которого подсоединен к аноду второго вновь введенного стабилитрона, шунтирующего чувствительный элемент, второй конец которого соединен с катодами указанного стабилитрона, разрядного диода и вновь введенного обратного диода, анод которого подключен к катоду силового вентиля, а выход упомянутого чувствительного элемента соединен с первым входом логического элемента И-НЕ, к второму входу 5 которого подключена синхронизирующая обмотка комбинированного датчика тока и напряжения, его подмагничивающая обмотка подсоединена к вновь введенному источнику постоянного тока, обмотка напряжения, зашунтированная конденсатором, подключена через резистор между катодами первого раздел тельного диода и первого стабилитрон выходная обмотка подсоединена одним концом через второй вновь введенный разделительный диод к управляющему электроду управляемого вен тиля в цепочке, шунтирующей дроссель, а вторым концом к аноду разрядного диода, причем токовая обмотка указанного датчика включена в цепь нагрузки, а выход Логического элемента И-НЕ подсоединен к прерывателю отпирающих импульсов. На чертеже изображена принципиаль ная схема предлагаемого защитного устройства. Защитное устройство состоит из силового вентиля 1, включенного между полюсовым зажимом силового управляемого выпрямителя 2 и контактным проводом, источника оперативного напряжения, представляющего собой дроссель 3 зашунтированный цепочкой из встречно соединенных стабилитрона Ц и управляемого вентиля 5 причем один вывод обмотки дросселя и катод стабилитрона подключают к минусовому зажиму силового выпрями теля, а другой вывод обмотки дросселя и катод управляемого вентиля 5 присоединен к катоду разделительного диода 6, анод которого подключают к плюсовому зажиму силового выпрямителя, чувствительного элемента 7f зашун тированнбго стабилитроном 8 и подклю ченного между плюсовым зажимом силового выпрямителя и катодом обратного диода 9, анод которого соединен с контактным провдом прерыаат.еля 10 отпирающих импульсов, поступающих . на вентили силового выпрямителя от ис точника 11 отпирающих импульсов, логического элемента И-НЕ 12, выключенного между выходом чувствительного элемента защиты и прерывателем отпирающих импульсов, импульсного трансформатора, имеющего токовую обмотку 13, включенную в цепь нагрузки контактной сети, обмотку 14 напря жения, зашунтированную конденсатором 15 и включенную через резистор 1 между катодом разделительного дио596да 6 и минусовым зажимом силового выпрямителя, подмагничивающую обмотку 17,подключенную к источнику 18 постоянного напряжения, выходную обмотку 19, подключенную через диод 20 к управляющим электродам вентиля 5, синхронизирующую обмотку 21, подключенную к синхронизирующему входу логического элемента И-НЕ 12, а также разрядного диода 22, анод которо- . ГО соединен с катодом разделительного диода 6, а катод - катодом обратного вентиля 9. Нагрузка (двигатели электровоза и другие потребители) 23 с шунтирующими диодами 24 подключается к тяговой сети через заградитель ные диоды 25. Сопротивление утечки и емкость контактной сети на чертеже условно обозначены резистором 26 и конденсатором 27. Разрядной диод предназначен для ускорения разряда отрицательно заряженной емкости контактной сети. Логический элемент И-НЕ контролирует периодические срабатывания чувствительного элемента при прохождении через него импульсов разрядного тока отрицательно заряжающейся емкости контактной сети. Комбинированный датчик тока и напря жения контактной сети представляет собой импульсный трансформатор и служит для отпирания управляемого венти ля в цепочке, шунтирующий дроссель, и синхронизации работы указанного логического элемента, когда ток Har- рузки в контактной сети снижается практически до нуля или, при отсутствии тока нагрузки, когда напряжение, силового выпрямителя становится отрица тельным и по величине превосходит onepat тивное напряжение.Импульсный трансфор матор выполняется на сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса и имеет пять обмоток. Устройство работает следующим об.разом. Прерыватель ТО, снабженный делителем частоты,через каждые 5-8 периодов питающего напряжения снимает (блоки-рует) импульсы, поступающие на вентили силъвого выпрямителя. После снятия импульсов выпрямленное напряжение снижается по синусоиде, через 60 эл.град оно переходит через нуль, а затем становится отрицательным. Переход выпрямленного напряжения в отрицательную область обусловлен индуктивностью контактной сети, замедляющей спадание тока нагрузки, а при отсутстВИИ тока нагрузки - индуктивностью дросселя 3. Пока ток нагрузки не снизится практически до нуля, серде ник импульсного трансформатора поддействием намагничивающей силы обмотки 13 находится в глубоком насыщении. Когда ток в контактной сети становится близким к нулю, и ампервитки обмотки 13 становятся равными ампервитками подмагничивающей обмотки 17, сердечник трансформатора выходит из насыщения и на зажимах его выходной 19 и синхронизирующей обмоток появляется импульс ЭДС. Под действием этого импульса открывается управляемый вентиль 5. в результате чего начнется разряд отрицател но разяженной емкости контактной сети по контуру: стабилитрон - ве тиль 5 разрядный диод 22 - чувстви тельный элемент 7 и параллельно включенный стабилитрон 8 - силовой диод 1 - контактный провод. Так как активное сопротивление этой цепи мало (оно равно активному сопротивле нию чувствительного элемента, которо принимается равным около 100 Ом), то разряд емкости контактной-сети происходит очень быстро, а от импуль са разрядного тока . срабатывает чувствительный элемент. При этом емкость контактной сети разряжается до напряжения на стабилитроне k, т.е. до величины оперативного напряжен Сигнал сработавшего чувствительного элемента поступает на вход логического элемента И-НЕ 12, причем на синхронизирующий вход этого элемента одновременно поступает сигнал с обмотки 21 импульсного трансформатора. Логический элемент выполнен так, что на поступление двух указан ных сигналов он не реагирует, а если поступает только один сигнал, или не поступит ни одного сигнала, то на выходе логического элемента появляется сигнал, запрещающий вклю чение вентилей силового выпрямителя после окончания контрольной паузы После прохождения импульса разряд ного тока в цепи источник оперативного напряжения (дрос.сель 3, стабилитрон k, вентиль 5) сопротив ление 26 утечки - обратный Диод 9 чувствительный элемент 7 разделительный диод 6 устанавливается контрольный (оперативный) ток. Если сопр тивление утечки ниже установленной .величины, то чувствительный элемент 8 снова срабатывает и через логический и через элемент 12. блокирует включение силового выпрямителя после окончания контрольной паузы. Таким образом, логический элемент вырабатывает сигнал, запрещающий включение силового выпрямителя, если чувствительный элемент не срабатывает при протекании разрядного тока емкости контактной сети и если он срабатывает после того, как разряд емкости сети закончится. Из изложенного ясно, что при несиправности чувствительного элемента и других элементов схемы, силовой выпрямитель, после очередной контрольной паузы отключается. Длительность контрольной паузы предлагаемого защитного устройства, изменяется за счет импульсного трансформатора автоматически при изменении тока нагрузки,и следовательно, всегда получается минимальной. Существенно сокращается требуемая длительность контрольной паузы за счет ускоренного разряда емкости контактной сети через разрядный диод 22. Работа предлагаемой схемы при прерывании малых токов нагрузки несколько отличается. 8 этом случае ток в контактной сети спадает до нуля очень быстро,, в результате чего выпрямленное напряжение, перейдя в , отрицательную область, может к этому моменту еще недостигнуть величины оперативного напряжения. Для того, чтобы этого не происходило, в. импульсном трансформаторе предусмотрена обмотка 1 напряжения, подключенная к выходу силового выпрямителя через диод 6. За счет конденсатора 13, шунтирующего эту обмотку, спадание тока в этой обмотке задерживается на некоторое время после того, как выпрямленное напряжение переходит через нуль. Подбором емкости этого конденсатора можно добиться, чтобы импуЛьс в выходных обмотках 19 и 21 этого трансформатора появлялся после того, как отрицательное выпрямленное напряжение станет больше оперативного напряжения. В остальном работе защитного устройства при малых токах нагрузки осуществляется так же, как и при больших. Применение предлагаемого защитного устройства исключает возможность ложных срабатываний защиты от утечек, позволяет повысить надежность работы

этой защиты и улучшить качество рабочего напряжения в контактной сети.

Формула изобретения

Устройство для защитного отключения контактной сетк, содержащее прерыватель отпирающих ийпульсов в цепи управления силового управляемого выпрямителя между плюсовым зажимом которого и контактным проводом включен силовой вентиль, чувствительный элемент, подсоединенный одним концом к плюсовому зажиму силового вентиля, источник оперативного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия защиты и обеспечения самоконтроля исправности-, в него введены разрядный диод, логический элемент И-НЕ, комбинированный датчик тока и напряжения контактной сети, причем источник оперативного напряжения выполнен в виде параллельно соединенных дросселя и цепочки из последовательно включенных управлявемого вентиля и первого стабилитрона, катод которого и один конец упомянутого дросселя подключают к минусовому зажиму силового управляемого выпрямителя, а второй конец дросселя и катод управляемого вентиля подключены к аноду разрядного диода и к катоду вновь введенного первого разделительного диода, анод которого подсоединен к аноду второго вновь введенного стабилитрона, шунтирующего чувствитель ный элемент, второй конец которого соединен с катодами указанного стабилитрона, разрядного диода и вновь введенного обратного диода, анод которого подключен к катоду силового вентиля, а выход упомянутого чувствительного элемента соединен с

первым входом логического элемента И-НЕ, к втсфому входу которого

подключена синхронизирующая обмотка комбинированного датчика тока и напряжения, его подмагничивающая обмотка подсоединена к вновь введенному

источнику постоянного тока, обмотка напряжения, з шунтированная конденсатсфом, подключена через резистор между катодами первого разделительного диода и первого стабилитрона, .

выходная обмотка подсоединена одним концом через второй вновь введенный разделительный диод к управляющему электроду управляемого вентиля в цепочке, шунтирующей дроссель, а

вторым концом - к аноду разрядного диода, причем токовая обмотка указанного датчика включена в цепь нагрузки, а выход логического элемент та И-НЕ подсоединен к прерывателю

отпирающих импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № ««OZllI, кл. Н 02 Н 3/17, 1970.,, 2. Авторское свидетельство СССР ff 562032, кл. Н 02 Н 3/17, 1976.