Устройство для защитного отключения шахтной тяговой сети постоянного тока с цикличным прерыванием цепи нагрузки

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сефз,Сфвфтскнх Сфцнвлнстнческнк Расвублнк(51)М. Ел,Н 02 Н З/16 с лрмсфедмненмфм завкн Йо 2431908/24-07(асударствениыЯ комитет СССР ло делан изобретеиия и открытЯДата олублнкфвани опмсанн 18.07.79 А. Г. Животозский, А. Г. Ликаренкь, Ю. Н. Батасови А. В. Пилипенко(94) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗИфйНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ИХТНОЙ ТЯГОВОЙ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ЦИКЛИЧНЫМ ПРЕРЫВАНИЕМ ЦЕПИ НАГРУЗКИ1Изобретение относится к области электротехники и предназначено для защиты от утечек тока в шахтной контактной сети электровозного транспорта с периодическим (цикличным)пре- .5 рыванием цепи нагрузки .Известно устройство для защиты шахтной тяговой сети постоянного то-.: ка от эаьеюкания на землю (1), содержащее источник оперативного напряже ния, переключающий элемент, управляемый вентиль (тиристор), исполнйтельное реле, Источник оперативного напряжения подключен к сети встречйо питающему напряжению через силовой коммутатор (тиристор), управляемый переключающим элементом с постоянной скважностью. Устройство содержит исполнительное реле, подсоединенное параллельно силовому неуправляемому 20 вентилю, включенному последовательно: всей нагрузке сети .в прямом направлении, а последовательно в цепи каждо го отдельного .потребителя сети включен вентиль-заградитель оперативного 25 тона.Недостатком этого устройства яВ- ляется сложная схема коммутации, использующая двойное преобраэованйе электрической энергии (переменный ток 30 преобразуется в постоянный, а постоянный в пульсирующий) и требующая большоГо количества силовых вентилей. Кроме того, В этом устройстве исполь-, зуется принудительная (искусственная) коммутация вентилей силового ковщутатора, которая по"сравнению со схемами коммутаторов, использующих естественную коммутацию .вентилей, предъявляет повышенные требования к параметрам элементов его схемы как при номи- нальных, так и при аварийных режимах работы контактйой сети. Все это снижает надежность работы устройства.Известно также устройство для защитного отключения шахтной тяговой сети постоянного тока от заквкаиия на землю 2, использующее цикличное прерывание цепи нагрузки, содержащее управляемый вентильный трехфазный выпрямитель, подключенный к сети переменного тока, в одну иэ Фаз кото- рой включен вентиль, а управляющие электроды вентилей йодключены ккоммутирующему блоку, выполненному в ви- " де сопротивлений, образующих искусственную нулевую точку сети переменного тока. Последовательно в цепь нагрузки сети включен силовой вентиль, параллельно которому подключен чувстд 674143 4вительный элемент защитного устройст- чем оно будет проявляться при измева, Источник оперативного тока под" ренин как амплитудного, так и среднеключен через ограничивающее сопротив" го или действующего значения оперативление параллельно выпрямцтелю. Конт-ного тока. Это происходит потому, чтороль изоляции производится во время в процессе контроля сопротивленияауэы напряжения путем подачи в кон утечки оперативный ток проходит в конактную сеть напряжения от источника тактную Сеть в те короткие промежутоперативного тока обратнОй полярнос-ки времени, когда напряжение сети имети. , ет обратную полярность по отношениюДанное устройство обладает тем к силовому напряжению и обладает крунедостатком, что силовой вентиль; тым передним Фронтом, то есть привключенный последовательно нагрузке . Ю каждом измерении сопротивления утечкисети с целью выделения в нее опера- в этой цепи происходит переходный противного тока, параллельно котороМУ : цесс. При этом следует отметить топодключен чувствительный орган В ре" обстоятельства, что емкость контактжиме тягового тока несет полную.на-:, ной сети в процессе эк плно сети в процессе эксплуатации измея вою величину за счет увеличениягрузку контактной сети как при нсэю няет свою величину чиальных, так и аварийных ее Режимах.йротяжности откаточных выработок, аПри этом для обеспечения нормальиойработы устройства в этих условиях -: . чения ее отдельных й ктакже за счет подключения или отклюуказанный элемент собирают из неС-" емкость Сети о азения ее отдельных секций. Кроме того,кояьких, параллельно включениых сИ- О тавку срабатыв ниемкость сети оказывает влияние на усавку сра атывания защитного устройловых вентилей, что требует принятия ., ства в большей ил мен йдостаточно сложных дополнительныхмер висимости от режи бв ольше или меньшей мере в заи им и от режима работы контактсети, харак ера ее йагрузки ило выравниванию тока нагрузки между". ной сети характераними, а также создания необходимых -: других Факторов. В этом случае всеусловий охлаждения . В результате йа-Зависит от остаточного зас т от остаточного заряда емкос дежность работы устройства существев" ти перед йачалом контроля изоляции.но снижается, так как повреждение : Таким образом, при изменении емкости(пробой) хотя бы одного,из вентилейконтактной сети а также в зпиве ет к тр д отказу работы защитного :. .ти от режима работы и характера ее устройства, нагрузки вЕличина измеряемого полнокроме того, к недостаткам э 1 их. го оперативного тока будет также изустройств следует отнести то, что при меняться при -неизменном значении соих использовании нагрузка. питается , протйвления утечки сети те ки сети, то есть припульсирующим постоянным током. В эа- " иэмененйиэтих Факторов будет измависимости отчастоты прерываний сн"няться и уставловоготока, а также в зависимости отйого устройства чтняться и уставка срабатывания защит СООТНОШЕНИЯ ПРОДОЛжнтЕЛЬНОСТИ ййтаНИЯ снижает надежно т р бого устройства, что в целом такженагрузки и времейи контрсля Сопротив.ления утечки (относительной продол- .:, : це ью из б ежительности включения) р двигатейях ние надежности б телью изобретения является пбвышение надеЖности работы устройства.оставленная цель достигается тем,электровозов возникают большйе или40Поставленная цель д стменьшие дополнительные потери элект- что известное устр й троэнергии. Поэтому, чтобы удовлетво ного отключения шахт йчто известное устройство для защитрить условия эксплуатации двигателей постоянного тоного отключения шахтной тяговой сетипостоянного тока с цикличным преэлектровозов и условия надежного" , рыванием цепи нагр зкконтроля изоляции стараются доитель источни йер т, рыванием цепи нагрузки, содержащееистоЧник ойеративного тока, йодключенный к сети с полярностью обратнойность импульса склового питания уста" ченный к сетиполярности силового управляемого выносить такой, чтобы она не "пРеайшаа полярности силового упр в допустимбго времени пребцвання чело- п,щ,ите я че евека под силовым напряжейием Контакт- тока выполненн й впрямителя через датчик оперативного изсеговий сти условий достаточной надежности . соединен с цепью отключения выклюконтроля сопротивления утечки) . Мини" чателя сети дополнител н бмальное время контроля утечкиФедъ""датчиком наличия паузы в силовом пиявляет повышенйые требования к чувст- танин сети, Формирователем селекторвительиому органу защитного устройст- ных импульсОв, вспомогательньи источвапо" точности измерения и бысТро" ником постоянного тока и селектором действию срабатывания . Однако при ма- оперативного тока, первый вход котолом времени измерения сопротивления рого соедйнен с датчиком оперативноУтечкй на уставку срабатЫванйя чувст- го тока, второй его вход соединен че-,вительного органа оказывает влияние % рез Формирователь селекторных импульемкость контактной сети, которая вно- сов с датчиком наличия паузы в силосит погрешность Э результат измерения. вом питании сети, подключенным паралПри этоМ чеМ меНЬше будЕт врЕйй конт лельно силозому управляемомУ выпря роля сопротивлеийя утечки, тем силЬ- мителю, а выход селектора оперативнонее будет проявляться ее влияние, приго тока соединен со входом релейногоЬ б 7414 элемента, при этом входы питаййя ре лейного элемента, селектора оперативного тока и Формирователя селекторных импульсов подключены к выходу эспойагательного источника постоянноготока,а также тем, что селектор оперативного тока выполнен на логическом элементе И, а также тем, что датчик наличияпаузы в силовом питайиисети выполненв виде последовательно соединенных,потенциометра и диода, атакже тем,что Формирователь селекторных импульсов выполнен на логическом элементе НЕ, а также тем, что, с целью повышений точности измерения сопротивления утечки, Формирователь селекторных импульсов выполнен в виде последовательно соединенных диФФеренцирующей цепи с детектором одйополярных импульсов и блока задержки с входом подключен к выходу системы управления силового эыпрямитедя.На Фиг. 1 и фиг, 2 изображены два варианта блокесхемы устройстваУправляющие электроды вентилей силового выпрямителя 1 подключеныксистеме управления 2. Нагрузка 3 под ключается к тяговой сети с помощью вентильного заградителя 4, в качестве которого использован обычный йеуправляЕмый вентиль. Источник оперативного тока 5 подключен через дат" 30 чик оперативного тока 6, вйполненйцй в .вйце резистора, между прямым и обратным проводом тяговой сети, В ка честэе источника оперативного тока может быть использован мостовой эйпрямитель,питающийся от сети переменного тока. Чувствительный орган защитного устройства 7 состоит из источ,- ника питания 8, выход которого соединен совходами питания Формирователя селекторных импульсов 9, селектора оператиэного тока 10 и релейного эле-. мента 11. Первый вход селбктора сщеративного-тока 10 соединен с датчй+ ком. оперативного тока б, второй еговход соединен через Формирователь се-. 45 лекторных импульсов 9 с датчикой на- личия паузы в силовом питании сетй 12, выполненным в виде последовательносоединенных потенциометра 13 и диода 14 и подключенным параллеЛьно 50 силовому управляемому выпрйьатеао 1, а выход селектора оперативного тока 10 соединен со входом релеййого элемента 11, выход которого соединен с системой упраэленИя 2 силового Выпря 55 мителя 1, которые помимо своей осйовной Функции источника питаний исйользуются в качестве выключателя кон-. тактной сети. Сопротивление утечки тяговой сети ( сниженное сопротивление изоляции или сопротивление тела ,прикоснувшегося к контактному проводу,человека) показано в виде сопротивления 15. Распределенная емкость контактной сети показана в виде емкости 16. В качестве селектора Опера" з 6тивного тока 10 может быть использован логический элемент И или ЗАПРЕТ в качестве Формирователя селекторных импульсов 9 может быть использован логический элемент НЕ. Для повышения точности измерения сопротивления утечки Формирователь селекторных импульсов 9 может быть выполнен в виде последовательно соединенных диФФеренцирующей цепи 17 с детектором однополярных импульсов и блока задержки 18, при этом вход этого Формирователя подклюЧается к выходу системы управления 2 силового выпрямителя 1.устройство работает следующим образом.Система управления 2 силового выпрямителя 1 осуществляет прерывистое питание управляющих электродов его вентилей.В моменты отсутствия тока в цепях управленияэтих вентилей они запираются и, следовательно, источник рабочего постоянного тока также ока-. зывается запертым. При этом оперативный ток от источника оперативного тока 5 протекает через сопротивление утечки 15 и параллельно ему через емкость контактной сети 16 ( во время ее заряда) и через датчик оперативного тока б. Через нагрузку Э оперативный ток ие протекает, так как в ее цепи стоит вентильный заградитель 4. Выделение и измерение оперативного токапрои"эодйтся.чувствительным органом 7. При появлении оперативного тока выше уставки этого органа, что соответствует возникнобению в контактной сети сопротивления утечки ниже допустимого урбвйя, релейный элемент 11 срабатывает и воздействует нч цепь отключенйя вцклйчателя, который производит отключение пйтающей сети. В процессе выделения оперативного тока исполнительный релейный элемент 11, селектор оператйвного тока 10 и Фор" мироэатель селекторных импульсов 9, получая питание от вспомогательного источника постоянноГо тока 8, реагируке на поступающие сигналы.Селектор оперативного тока 10, выполненный на логическом элементе И, подает на вход релейного элемента 11 сигнал управлениятолько при наличии открывающих сигналов на обоих его входах. При этом на один его вход подается открывающий сигнал с формирователя селекторных импульсов 9, выполненного налогическом элементе НЕ, только лишь в момент прерывания силового питания контакной сети, поскольку этот элемент преобразует поступающие на него сигналы с датчика наличия паузы в силовом питании сети 12, и на выходе его сигнал всегда противоположен входному, На второй вход селектора оперативного тока 10 постуают сигналы суммарйого напряжениясилового источника 1 и оперативного источника 5 и сигналы источника оперативного тока, протекающего чеР-:7 674143 8реэ сопротивление утечки 15 силоной- упрощение силовой схеьы защитпреобразователь 1 и вентили 4 и 14 ного устройства за счет исключения" "в этот момент для него закрыты) . Та" иэ цепи нагрузки сети силового неуп-ким образом, в течение действия им- равлявмого вентиля, служащего дияпульса силового питанйя сети на этотвыделения оперативного токавход поступает открывающий сигнал, в - удешевление защитного устройст"период отсутствия импульса этот сиг ва за счет исключения из него дорогонал также отсутствует, но при том ус- стоящего силового вентиля (блока венловйй;, что в"сети нет. утечки. При тилей) с системой его охлаждения (ипоявлений же:.сойротивления утечки на"." системой деления тока)этж вход будет поступать открываЮ- . . - повышение надежности работы защий сигнал и в момент прерйванкя си" )0 щитного устройства при выделении опелозогопитания сети (так как черезративйого токаза счет того, что надатчик оперативйого тока 5 будет про- дежность"работы элементов чувствйтвльтекать:оператйвный ток). Следователь- .ного органа ив зависит"от нагрузочноно, при отсутствии утечки наоба вхо- : го режиматяговой сетида селектора оперативйого тока 10 .)5 . - повьааение надежности работы за-отирьщающие сигналы поступают пооче- Ъ(йтного устройства эа"счет повьыениярядно (не совпадая во времени) и на точности йатРоля сопротивления утвчвыходв его сигнал отсутствует. При ки сети (при"малом врвмейи его контпоявлении же утечкиВа"оба его"вхо- . родя), в котором емкость сати ме окада (в момент прерывания сйлового "пи" : . зйвает влияния на его уставку срабатания) открывающие сигнал поступаюттывания.однозрвмевно и он подает -сигнал уп- ." равления йа"релеййый элемент "11, ко-.торый "срабатывает и воздействует на, " формула изобрвтенияцепьвключениявыключателяконтакт".ной сети:,.. " .,;::, . 25" " 1. Устройстводля защитного отклю"В случае выйолненйя формирователя" чения шахтной тяговой сети постоянноселекторньи импульсов 9 в виде "после- . го токас"цйкличнымпрерйванием цепидовательно соединенных диффервнцирую" - нагруэки,содержащее:источник ойера-щей цепи 17 с детектором"оДнополнр-; тиЬного тока, подключенный ксети сныхимпульсов и блока задержки"18 на 30 йолярйостьа"обратйой полярности сидоего вход поступают сигналы с выхода вого управляемого выпрямителя черезсистемы управления 2, обладающие кру" датчикоперативного тока, выполнентымипередним н задним Фронтайи. ный в вйде резистора, ичувствительдифференцирувщаяцепь Формирует на : ный орган, выполнвнный на релейном.выходе импульс напряжения пропорцио-З 5 элементе,выход которого соединен снальный производной от входной вели-- цепью"откюлочения выключателя сетй,чини сигнала, на выходе диффвренци- о т л и ч а ю щ в е с я тем, что, срующей цепи с помощью детекторавы-: целью поВьввния надежности работы,деляются однополярные импульсй; долу- онЬ допоцнительно снабженодатчйкомченные в результате дифференцирования" О наличия паузы в силовом йитании сети,заднего Фронта импульса входного сиг-.Формирователем селекторных импульсов,нала, который "определяет момент-"на- :.вспомогательным источником постоянчала протекания ойеративноготока по ного тока и селектором оперативногоконтролируемой цепи (момент начала ": "тока, перъыйфвход которого соединенпаузы силового питания нагрузки) .,с датчиком оперативного тока, второйБлок задержки 18 задерживает выход . 45. вго вход соединен через Формировательсформированного корокого сигнала на селекторныхимпульсов с датчиком наврвмй, необходиькждля вго. синхро- . : линия паузы в. силовом питании сети,ниэацйи "с моментом окончания импульсаподключеннымпараллельно силовому упоперативного тока (с моментом окон- равляемойвыпрямителю, а выход сечания йаузы силового питания ныруэ-. Ы лектора оперативного тока соединенки). При такой измерении ойеративного . со входом релейного элемента, притока емкость сети 16 заряЖаеМядо;этом. входы"питания релейного элеменвелйчйны напряжения источника Спера- та, селектора оперативного тока итинного -тока в начале его импульса (в Формироватвля селекторных импульсовначале паузы силового питания нагруэ- М йодключейык выходу вспомогательногоки) и к моменту контроля оперативного источника постоянного тока,тока не влийвт на вго величину; то .2. Устройство по п.1, о т л и ч а-.всть не влияет на уставку срабатыва- - ю щ е е с я тем, что селектор опера Н 1 яЪащИтНОГО уетрсйотВа. "тйВНОГО тбка ВЫПОЛНЕН На ЛОГИЧЕСКОМИспользование предлагаемого уст элементе И.,ройстВЬ длй защитного отключенияаахтной тяговой сети постоянного тока 3. Устройство по п.1, о т л и ч ас цикличныМ йрерыванИем цепи"н 4 и-руэ- ю щ е е с я твм, что датчик наличияки обеспечивает по сравненйю с-из- паузы в силовом питании сети выполвестнцми устройстваве следующие прв ней в виде последовательно соединенимущвства: 65 ных потенциометра и диода,4143 10щей цепи с детектором однополярнымимпульсов и блока задержки и входомподключен к выходу систеьн управлениясилового выпрямителя.Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе5 1. Авторское свидетельство СССРФ 280624, кл, Н 02 Н 3/16, 1967,2. Авторское свидетельство СССР9 402111, кл. Н 02 Н 3/16, 1970. Фиг Состанктель Л. В Техред М, Келемеш Редактор Д, Мену ЕвВЕиеювЕ вв Заказ 4100/5 Тираж 856 ИИПИ; Государственного к по делам изобретений и 35, Москва, Ж, Раушс Подписнотета СССРкрытийнаб., д, 4/5 е 1130 ул, Проектная, 4 тент,иал ПП У 674, Устройство п.п. 1 и 3, о т- л ич аюце е с.я тем, чтоформирователь селекторных импульсов выпол-, нен на логическом элементе НЕ.5. Устройство цо п.1, о т л и ч а-. ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения сопротивле- ния утечки, формирователь селекторных импульсов выполнен в виде последовательно соединенных дифференцируюькова Корректор В, Синицкая