Способ формирования импульсного цикличного питания нагрузки секционированной контактной сети с контролем сопротивления утечки

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнкСоцнапнстнческнкРеспублик и 882791(51)Н. Кл.В 60 М 3/00 Н 02 Н 3/16 Ркудеретееииый комитет СССР ио делан изобретеиий и открытий(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ЦИКЛИЧНОГО ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ СЕКЦИОНИРОВАННОЙ КОНТАКТНОЙ СЕТИ С КОНТРОЛЕМ СОПРОТИВЛЕНИЯ УТЕЧКИ Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системе защиты от утечек тока шахтной контактной сети электро- возного транспорта с периодическим 1 цикличным) прерыванием цепи нагрузки,Известен способ питания нагрузки контактной сети постоянного тока с контролем сопротивления утечки, основанный на цикличном формировании импульсов тока и бестоковых пауз (1 . К недостаткам этого способа относится наличие крутого переднего фронта импульсов силового тока сети, содержащих повьппенный спектр высокочастотных гармонических составляющих, что вносит повьппенные помехи для средств связи, кроме того, боль" шие скорости нарастания напряжения и тока в питании сети создают значительные нескомпенсированные импульсы магнитных и электрических полей, которые в свою очередь наводят ЭДС вжилах кабелей другого подземногоэлектрооборудования, проложенных вблизизи элементов силовой цепи тока контактной сети. Наводимые ЭДС являютсяне только опасными с точки зрениятребований электробезопасности, но.и опасными с,точки зрения ложных срабатываний элементов цепей управления, контроля и защиты электрооборудования, особенно полупроводниковыхприборов (транзисторов, тиристоров,динисторов и др.). Надежность работыуправляемых полупроводниковых вентилей, входящих в состав электрооборудо 15вания сети, в режиме отпирания ихдля тока с высокой скоростью его на"растания зависит от скорости насыщения управляющих переходов, которая,в свою очередь, зависит от крутизны 20и величины амплитуды импульса токакуправления. Однако скорость насьпцения управляющего перехода ограничена рядом факторов величиной площа882791кости и ее влияние на уставку срабатывания значительно уменьшается посравнению с влиянием емкости всейсети, и, кроме того, по аналогичнымпричинам, есть возможность для повышения 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, риэтом производится двойное преобразование электрической энергии - преобразование переменного тока в постоянный на шинах сети (или на магистральной секции), а затем преобразование постоянного тока в импульсныйс крутым передним и задним фронтом.2 Оего импульсов на отходящих секцияхсети. Кроме того, при реализации способа нельзя выполнить защиту от утечек тока на шинах сети (или на магистральной секции),.Все это снижает надежность и кади управляющего перехода, его объемным сопротивлением и др.) и увеличение тока управления выше 1,5-2 А уже не оказывает заметного влияния на увеличение ширины первоначально включенной эоны управляюющего перехода ти ристора. 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 усталост- вью характер и в результате чего происходит повреждение его управляю 4 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 контЗО рольных бестоковых пауз путем уосекционного прерывания питания сети и разделениями ее на отдельные изолированные друг от друга секции 21,Использование этого способа в системе защиты от утечек тока позволяет повысить 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, Д Это объясняется тем, что при реализации этого способа есть возможность обеспечения селективности отключения секции сети на которой возникло недопустимое сопротивление утечки без отключения неповрежденных секций.Кроме того, в условиях раздельного контроля сопротивления утечки на каждой секций отдельным защитным устройством, облегчается работа защиты за 5 О счет того, что суммарная величина сопротивления изоляции и емкости сети также разделяются секционными выключателями, и, следовательно, облегчаются условия контроля сопротивления 55 утечки в целом (поскольку для каждого отдельного защитного устройства на каждой секции ети всличина емчество питания сети с контролем сопротивления утечки. Цель изобретения - повышение надежности и качества питания.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу питания нагрузки секционированной контактной сети постоянного тока с контролем сопротивления у"ечки, основанному на преобразовании переменного тока и созданииконтрольных бестоковых пауз путем посекционного прерывания питания сетии разделения ее на отде:тьнь 1 е изолированные цруг от друга секции, переменный ток преобразуют в цикличиый импульсный путем формирования импульсас синусоидальным передним и заднимфронтом при помощи раздельной коммутации фаз силового питания, а упо-.мянутое разделение сети производятсинхронного с началом бестоковой паузы при этом длительность разделенияобеспечивают равной длительностибестоковой 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 питания управляющих электродов тягового преобразователя, Нагрузка 3 и 4подключается к секциям 5, 6 и 7 контактного провода сети (нагрузка на секции 7 и ее выключатель не показаны) с помощью вентильных заградителей8 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 2 силового питания, который, в свою очередь, подключен к сети через вентильный заградитель 13. Защитные устройства 14 и 15 подключены между прямыми и обратнымипроводами секций тяговой сети и выходы их соединены соответственно с системой 2 питания управляющих электродов тягового преобразователя и системой 11 секционного 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 15подключены через датчики 19 оперативного тока между прямыми и обратными проводами контактной сети. Чувствительный орган отдельного защитного устройства состоит из источника 20 питания, выход которого соединен со входами питания формирователя 21 селекторных импульсов, селектора 22 оперативного тока и релейного элемента 23. Первый вход селектора 22 оперативного тока соединен с датчиком 19 оперативного тока, второй его вхоц соединен через формирователь 21 селекторных импульсов с датчиком наличия паузы в силовом питании сети,в качестве которого используется система 2 питания управляющих электродов (или1).Работа осуществляется следующим образом.Система 2 управления силового выпрямителя 1 осуществляет цикличноепрерывистое 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 формирование цикличного прерывистого электроснабжения контактной сети. Причемформирование силовых импульсов напряжения для цикличного прерывисТогоэлектроснабжения контактной сети осуществляется с синусоидальным передним и задним фронтом этих импульсов.Это достигается тем, что во время 1 Е формирования импульса система 2 управления обеспечивает подачу управляющих сигналов на управляющие электроды первой проводящей пары венти .лей силового преобразователя 1 в мо- З мент начального нулевого значенияоткрывающей полуволны напряжения питающей сети переменного тока, а подача управляющих сигналов на управляющие электроды остальных вентилей 26 силового преобразователя осуществляется с начальной задержкой времени -до момента когда угол проводимостипервой проводящей пары достигнет значения угла естественной коммутации И вентилей. Таким образом, в начальныймомент формирования импульса силово-.го напряжения проводит ток толькоодна, первая проводящая пара вентилейсилового преобразователя, а осталь ные его вентили остаются закрытыми.Поскольку первая проводящая пара вентилей проводит ток с нулевого значения фазы напряжения питающей парыпеременного тока, то и напряжение навыходе преобразователя имеет синусоидальную форму. После истечения процесса формирования синусоидальногопереднего фронта импульса сигналы управления подаются на управляющиед электроды остальных вентилей преобразователя по обычным принципам управления вентильными преобразователями,однако отпирание вентилей производится в моменты их естественной коммутации. После снятия сигналов управления с преобразователя последняяпроводящая пара его вентилей проводитток до момента перехода тока питающейсети через нулевое значение и запирается при уменьшении этого тока, ниже значения тока удержания тиристоровэтой пары, при этом напряжение (задний фронт импульса) на выходе преобразователя также имеет синусоидальную форму.Силовое импульсное напряжение сетипоступает на нагрузку 4 сеции 6контактного провода через секционныйвыключатель 10, 11 ри этом открываниеи закрывание вентилей этого выключателя производится от системы 11питающих электродов по команде дат"чика 12 силового напряжения. Такимобразом, открытое и закрытое состояние вентилей секционного выключателя1 О синхронизировано с аналогичным состоянием силового преобразователя 1,который осуществляет прерывание силового тока, а секционный выключатель при этом несет только функциюразделения сети на изолированные другот друга секции во время контроля сопротивления утечки и блокированияподачи силового напряжения на секциюпо сигналу защитного устройства 15,которое срабатывает при возникновении на секции недопустимого значениясопротивления 16 утечки, При этомэлектроснабжение потребителей на секциях 5 и 7 контактного провода не прекращается. В процессе контроля сопро"тивления утечки защитными устройствами 14 и 15 оперативный ток от оперативных источников 18 протекает черезсопротивление 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 напряженияоперативный ток не протекает, 1 оскольку в их цепи стоят вентильные заградители 8, 9 и 13. Выделение и измерение оперативного тока производится чувствительным органом защитныхустройств, В процессе выделения оперативного тока исполнительный релейный элемент 23, селектор 22 оперативного тока и формирователь 21 селекторных импульсов, получая питание отвспомогательного источника 20, реагируют на поступающие сигналы, Селектор 22 оперативного тока, выполненный на логическом элементе И, подаетна вход релейного элемента 23 сигналуправления только при наличии открывающих сигналов на обоих его входах,При этом на один его вход подаетсяоткрывающий сигнал с формирователя21 селекторных импульсов, выполненно"го в виде последовательно соединенньм дифференцирующей цепи с детектором однополярных импульсов и блока зазадержки, - на его вход поступаютсигналы с системы 2 (или 11) управления с крутым передним и эаднимфронтом, Дифференцирующая цепь формируетна выходе импульс напряжения пропорциональный производной от входной ве 8личины сигнала. На выходе дифференцирующей цепи с помощью детектора выделяются однополярные импульсы, полученные в результате дифференцированиякрутого фронта импульса входного сигнала, который определяет момент начала протекания оперативного тока поконтролируемой цепи (момент началапаузы 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) 1,эта синхронизация необходима длятого, чтобы емкость сети 17 зарядитьдо 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),д 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 источникаоперативного тока, протекающего черезсопротивление утечки 16, так как силовой преобразователь 1, секционныйвыключатель 10, и вентили 8, 9 и 13,в этот момент для него закрыты, Таким образом на этот вход поступаетоткрывающий сигнал на протяжении импульса силового питания сети, а вмомент его прерывания этот сигнал 46отсутствует при условии, что в сетинет 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 19будет протекать оперативный ток),Следовательно, при отсутствии утечки на оба входа селектора 22 оперативного тока открывающие сигналыпоступают поочередно (не совпадаяво времени) и на выходе его сигнал 0отсутствует. При появлении же утечки на оба его входа в момент нрерывания силового питания) открывающиесигналы поступают одновременно и онподает сигнал управления на релейный элемент 23, который срабатываети воздействует на цепь отключения выключателя контактной сети;9 8827Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества;а).повышение надежности питания сети эа счет исключения трудностей по отключению токов перегрузки и короткого замыкания, а также повышается надежность питания сети эа счет снижения скорости нарастания импульсов силового тока, которое достигает- Ы ся формированием импульса силового напряжения с синусоидальным передним и задним фронтом при помощи раздельной коммутации фаз силового питания, а также за счет снижения требо- О вания к системе управления и токоограничивающим средствам электрооборудования сети в условиях работы его при больших значениях скорости нарастания силового тока нагрузки сети, 26 а также за счет обеспечения защиты от утечек распределительных шин на подстанции;б) снижение спектра высокочастотных гармонических составляющих сидо- И вого тока при цикличном питании контактной сети утем исключения крутого переднего и заднего фронта силового напряжения сети со значительными импульсными перенапряжениями за счет щ 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 91 10другого подземного электрооборудова"ния, цепи которого располагаются внепосредственной близости с цепьюсилового тока контактной сети.Формула изобретенияСпособ формирования импульсногоцикличногО питания нагрузки секционированной контактной сети с контролем сопротивления утечки, основанный на преобразовании переменноготока и создании контрольных бестоковых пауз путем посекционного прерывания питания сети и разделения еена отдельные изолированные друг отдруга секции, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью повышения надежности и качества питания, переменный ток преобразуют в цикличныйимпульсный путем формирования импульса с синусоидальным передним и задним фронтом при помощи раздельнойкоммутации фаэ силового питания,а упомянутое разделение сети производят синхронно с началом бестоковойпаузы, при этом длительность разделения обеспечивают равной длительнос-ти бестоковой паузы.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРУ 674143, кл, Н 02 Н 3/16, 1976.2. Отчет о НИР "Испытание и внедрение аппаратуры защиты от пораженияэлектрическим током в шахтных тяговыхсетях". Пермский политехнический институт, инв. У Б 656184, с. 19-24,рис, Зб, 882791ехред И.Е 45 г; Уж ул. Проектная, 4 Редактоо С. Патрушева Заказ 10067/18 ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 113035 Москва Ж-З филиал ППП пПатент