Способ защиты шахтной контактной сети постоянного тока от тока утечки и устройство для его осуществления

 

1, Способ защиты шахтной контактной сети постоянного тока от тока утечки , согласно которому выделяют переменную составляющую выпрямленного тока, контролируют ее фазовый угол относительно переменной составляющей выпрямленного напряжения и формируют сигнал на отключение, если величина измеренного угла меньше опорного, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности защиты, каждые полпериода измеряют длительность периода переменной составляющей выпрямленного тока, сравнивают измеренную i величину с длительностью ее перио-. да в установившемся режиме и, если (Л разность сравниваемь х величин в двух полупериодах подряд больше заданной разности, судят об уменьшении фазового угла.

СОЮЗ COBETCHHX

/ОЛВЛИУП °

РЕСПУБЛИК

g(5g Н 02 Н 3/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ/ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР.

ПО ДЕРАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3637871/24-07 (22) 26.08.83 (46) 15.12.84. Бюл.¹ 46 (72) 10.Д.Глухарев, А.В.Пироженко и А.Г.Ликаренко (71) Всесоюзный научно-исследователь ский институт безопасности труда в горнорудной промышленности (53) 621.316.925(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 410510, кл. Н 02 Н 3/16, 1972.

2. Колосюк В.П. Защитное отключение рудничных электроустановок. М., "Недра", 1980, с. 185-186.

3. Там же, с. 177-184.

4 . Авторское свидетельство СССР № 655008, кл. Н 02 Н 3/38, 19?7. (54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ШАХТНОЙ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ОТ ТОКА

УТЕЧКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

„SU„„129 9 А (57) 1 . Спо соб защиты шахтной конт актной сети постоянного тока от тока утечки, согласно которому выделяют переменную составляющую выпрямленного тока, контролируют ее фазовый угол относительно переменной составляющей выпрямленного напряжения и формируют сигнал на отключение, если величина измеренного угла меньше опорного, отличающийся тем,. что, с целью повышения чувствительности защиты, каждые полпериода измеряют длительность периода переменной составляющей выпрямленного тока, сравнивают измеренную величину с длительностью ее перио-, да в установившемся режиме и, если разность сравниваемых величин в двух полупериодах подряд больше заданной разности, судят об уменьшении фазо вого угла.

j)29689 щ частотпои связи

2. Устройство для защиты контактной сети постоянного тока от тока утечки, содержащее датчик переменной составляющей выпрямленного тока, выход которого подключен к датчику нуля фазы переменной составляющей выпрямленного тока, блок сравнения . с уставкой защиты,,выполненный на одновибраторе и элементе совпадения, один из входов которого соединен с выходом указанного одновибратора, а выход — с исполнительным органом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности защиты, оно снабжено двумя блоками выделения уменьшения фазового угла переменной составляющей выпрямленного тока за период, вход одного из которых соединен с датчиком нуля фазы переменной состав ляющей выпрямленного тока непосредственно, а выход второго — через инвертор, при этом выходы блоков выделения уменьшения фазового угла переменной составляющей выпрямленного тока за период подключены к упомянутому блоку сравнения.

3. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок выделения уменьшения фазового угла переменной составляющей выпрямленного

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам и устройствам для защиты шахтной контактной сети постоянного тока от тоКоВ утечки. 5

Известны способы защиты контактных сетей постоянного тока, основанные на временном разделении каналов силового тока потребителей и контролируемого тока утечки (1 g и,2 . . 1<

1 (" 1

По первому способу измерение тока утечки производят в моменты одновремеш1ого отключения цепей потребителей частотным синхронизирующим сигналом устройства защиты. 15

Недостатком этого способа является большая сложность построения технических средств для его реалигции, которая требует обеспечения тока за период выполнен на триггере, двух одновибраторах и двух элементах совпадения, при этом вход первого одновибратора подключен к прямому, а второго — к инверсному выходу упомянутого триггера, один из входов первого элемента совпадения подключен к выходу первого одновибратора, а другой его вход — к инверсному выходу упомянутого триггера, один из входов второго элемента совпадения подключен к выходу второго одновибратора, а его другой вход — к прямому выходу указанного триггера, . выходы элементов совпадения соединены между собой, I

4. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что исполнительный орган выполнен на двух триг герах со счетными входами и блоке формирован .я импульса сброса, вход. которого подключен к выходу первого триггера, а выход — к входам сброса указанных триггеров, при этом счетный вход первого триггера являет ся входом и полнительного органа, выход первого триггера соединен со сч тным входом второго триггера, выход которого является выходом исполнительного органа. высокой надежности работы коммутационного оборудования по командам сигналов защиты, переданных по контактному проводу в виде высокочастотных электромагнитных колебаний, при работе е-о в условиях повышен-. ных помех (например, при искрении токосъемника электровоза, коммутации силовых цепей и др.

По второму способу осуществляется импульсное питание контактной сети и производится контроль изоляции в паузах рабочего напряжения.

Педостатками этого способа являются необходимость коммутации суммарного силового тока контактной сети, сни.кение КПД преобразовательного агрегата, значительные помехи

13 рабочем диапазоне частот высоко1129689 4 полпительному органу. Преимуществом этого устройства является отсутствие влияния изменения амплитуды переменной составляющей выпрямленного тока на уставку защиты, так как фазовый угол между переменными составляющими выпрямленного тока и напряжения фиксируется в момент их перехода через нуль. ð Основным недостатком укаэанных способа и устройства является низкая чувствительность защиты.

Опорный угол, определяющий чувствительность защиты, выбирается таким образом, чтобы в нормальных режимах работы, т.е. при отсутствии утечки и наличии электровоза в контактной сети, он был меньше измерен.ного фазового угла между переменными составляющими выпрямленного тока и напряжения, а при возникновении утечки превышал фазовый угол;

В нормальном режиме работы контактной сети фазовый угол между переменными составляющими выпрямленного тока и напряжения определяется соотношением индуктивности и полного ак35 где р е—

Общим недостатком дпя указанных способов является дополнительный нагрев тяговых двигателей электровозов вследствие импульсного питания, что может приводить к их перегреву и выходу из стоя. Кроме того, необходимость применения силовых бесконтактных коммутационных аппаратов значительно удорожает преобразовательные агрегаты.

Известен также способ защиты контактных сетей постоянного тока, основанный на частотном разделении каналов силового тока потребителя и тока утечки, при котором осуществляется наложение оперативного тока высокой частоты на рабочий ток контактной сети и измерение вектора оперативного тока, изменяющего свою величину при появлении утечки (3 3.

Основным недостатком данного способа является слох;ность практической реализации построения заградителей, препятствующих прохождению высокочастотного оперативного тока через цепь двигателя электровоза.

Существующие типы заградителей (пассивные, активные, компенсационные ненадежны, в связи с чем устройства, реализующие данный способ (типа РУКС, 30

РКС), не получили широкого применения.

Наиболее близким.по технической сущности к предлагаемому является способ защиты шахтной контактной сети постоянного тока, реализованный устройством для защиты шахтной тяговой сети постоянного тока, согласно которому выделяют переменные составляющие выпрямленного напряжения и тока, измеряют между ними

40 угол, сравнивают его с опорным углом и формируют сигнал на отключение в случае, если величина измерен" ного угла меньше опорного (4 ), 45

Устроиство для защиты шахтной тяговой сети постоянного тока (реализуещее известный способ ) содержит датчик переменнои составляющей выпрямленного тока и напряжения, выходы которых подключены к датчикам нуля 50 фазы переменных составляющих выпрямленного тока и напряжения, при этом выход датчика нуля фазы тока подключен к одному из входов блока совпадения, а выход датчика нуля фазы на- 55 пряжения подключен через одновибратор к второму входу блока совпаде-, ния, выход которого подключен к истивного сопротивления тяговых двигателей электровоза и контактной сети от тяговой подстанции до места присоединения электровоза

" (Ю 1 Р) ь о индуктивность обмоток двигателей эпектровсза,,реактора тягового преобразователя, Гн; активное сопротивление обмоток двигателей электровоза, пускотормоэных сопротивлений, включенных в цепь двигателей, Огудельное активное сопротивление и индуктивность контактной сети соответственно, Ом/км, Гн/км; расстояние от тягового преобразователя до места при"оединения электровоза, км; круговая частота перемен- ° ной составляющей выпрямленного напряжения.

Как показали исследования, индук тивность тягового двигателя электровоза является нелинейной функцией

1129689 его, тока,и изменяется в широком диа пазоне. Полное активное сопротивление также меняется в зависимости от-величины включенных в яркую цепь двигателей пускотормозных сопротивлений, Кроме того, суммарная индуктивность и активное сопротивление обмоток двигателей электровоза меняются в зависимости от схемы их соединения (параллельное, последовательное). Таким образом, фазовый угол между переменными составляющими выпрямленного тока и напряжения в различных режимах работы электровоза не остается постоянным, и так как опорный угол должен быть меньше минимального фазового угла между переменными составляющими в нормальном режиме работы контактной сети, то это приводит к "загрублению" защиты и, следовательно, к низкой ее чувствительности, не удовлетворяющей требованиям безопасности. Так, для, рудничного электровоза 10КР2 с двумя тяговыми двигателями типа ЭДР-25Б фазовый угол между переменными составляющими выпрямленного тока и напряжения, с учетом зависимости индуктивности тягового двигателя от его тока прн различных режимах работы электровоза меняется от 81,5 до 89,7 град, Следовательно, во избежание ложных срабатываний опорный угол должен быть менее 81,5 град.

Однако в нормальных рех<имах работы контактной сети с предельным фазовым углом между переменными составляющими выпрямленного тока и напряжения, близким к 90 град.при после-. дующем возникновении утечки, сопротивление которой превышает 50-100 Ом, фазовый угол между переменными составляющими остается большим опорного угла, что не позволяет произвести отключение, Так, при работе электровоза с предельным фазовым углом

89,7 град. на удалении от тяговой подстанции 0,1 км и наличии утечки сопротивлением 80 Ом в месте присоединения электровоза фазовый угол между переменными составляющими выпрямленного тока и напряжения составляет 85,9 град., — отключение поврежденного участка контактной сети не происходит, Таким образом, уровень сопротивления утечки, отключаемой защитой, не превышает 100 Ом,, что не удовлетворяет требованиям электробезопасности, .так как согласно пос5

1О

1S

55 ледним отключаемое сопротивление утечки должно быть на порядок выше.

Целью изобретения является повышение чувствительности защиты шахтных контактных сетей постоянного тока.

Поставленная цель достигается тем,,что согласно способу защиты шахтной контактной сети постоянного то<а от тока утечки, выделяют переменную составляющую выпрямленного тока, контролируют ее фазовый угол относительно переменной составляющей выпрямленного напряжения и формируют сигнал на отключение, если величина измеренного угла меньше опорного, ках< дые нолпериода измеряют длительность периода переменной составляющей выпрямленного тока„ сравнивают измеренную величину с длительностью ее периода в установившемся режиме, и .если разность сравниваемых величин в двух полупериодах подряд больше заданной разности, судят об уменьшении фазового угла, Устройство, содержащее датчик переменной составляющей выпрямленного тока, выход которого подключен к датчику нуля фазы переменной составляющей выпрямленного тока, блок сравнения с уставкой защиты,выполненный на одновибраторе и элементе совпадения; один из входов которого соединен с выходом укаэанного одновибратора, а выход — с исполнительным органом, снабжено двумя блс.— ками выделения уменьшения фазового угла переменной составляющей выпрямленного тока =-а период, вход одного из которых соединен с датчиком нуля фазы переменной составляющей выпрямленного тока непосредственно, а выход второго — через инвертор, при этом выходы блоков выделения уменьшения фазового угла переменной составляющей .выпрямленного тока за период подключены к упомянутому блоку сравнения.

При этом блок выделения уменьшения фазового угла переменной составляющей выпрямленного тока эа период выполнен на триггере, двух одновибраторах и двух элементах совпадения, при этом вход первого одновибратора ,подключен к прямому, а второго—

K инверсному выходу упомянутого триггера, один чз входов первого элемента совпадения подключен к выходу первого одновибратора, а другой его

29б89

7 11 вход - к инверсному выходу уйомянутого триггера, один из входов второго элемента совпадения подключен к выходу второго одновибратора, а его другой Вход к прямому выходу ука» 5 ,занного триггера, выходы элементов совпадения соединены между собой.

Кроме того, исполнительный орган выполнен на двух триггерах со счет" ными входами и блоке формирования 1О импульса сброса, вход которого подключен к выходу первого триггера, а выход — к входам сброса указанных триггеров, при этом счетный вход первого триггера является входом uc- l5 полнительного органа, выход первого триггера соединен со счетным входом второго триггера, выход которого является выходом исполнительного рргана«

На фиг.1 и 2 приведены осциллограммы переменной составляющей выпрямленного тока в переходных процессах коммутации якорной цепи двигателей электровоза и возникновения утечки. 25 (а 1 и временные диаграммы работы блоков выделения уменьшения фазового угла переменной составляющей выпрямленного тока эа период (б ) ; на фиг.З - блок-схема предлагаемого устройства.

Предлагаемый способ основан на том, что уменьшение фазового угла переменной составляющей выпрямленного тока от начального до установившегося значения при возникновении утечки происходит на несколько порядков быстрее уменьшения фазового угла при коммутации якорной цепи двигателя электровоза. Это объясняется тем, что время протекания переходного процесса перейенной составляющей выпрямленного тока при ком". мутации якорной цепи двигателей электровоза на несколько порядков превышает время протекания переходного процесса переменной составляющей выпрямленного тока при возникновении утечки.

Выделение величины уменьшения фазового угла производится за период переменной составляющей выпрямленного тока, так как длительность периода в среднем на два порядка меньше длительности перехо ного процесса в якорной цепи двигателей элек1 тровоза, но значительно превышает длительность переходного процесса переменной составляющей выпрямленного тока при возникновении утечки.

Это позволяет по величине уменьшения фазового угла переменной составляющей выпрямленного тока за период определять наличие утечки в контакт. ной сети. Кроме того, выделение уменьшения фазового угла за период в моменты перехода переменной составляющей выпрямленного тока через нуль позволяет отстроиться от влияния изменения амплитуды переменной составляющей на точность контроля уменьшения фазового угла.

Уменьшение фазового угла перемен ной составляющей выпрямленного тока за период может быть определено как разница фазовых углов между переменными составляющими выпрямленного напряжения и тока, фиксируемых че,рез период в моменты перехода переменных составляющих через нуль (например, уменьшение фазового угла эа период а Ч„на фиг. 1 ц составляет

DY„= Ю„- Ч ). Однако при этом необходимо выделять переменную составляющую выпрямленного напряжения с датчика переменной составляющей выпрямленного напряжения, в качестве которого ,применя тся трансформатор, включенный в тяговую сеть через разделительный конденсатор. Таким образом, в контактную сеть оказывается дополнительно включенной индуктивно-емкостная нагрузка, что приводит к искажению фазового угла (его уменьшения или увеличения в случае преобладания емкостного или индуктивного сопротивления соответственно ) и существенному изменению фазовых соотношений переменной составляющей выпрямленного тока при переходных процессах в контактной сети. Необходимость отстройки защиты от указанног явления приводит к ее "загрублению" и; как следствие, к снижению ее чувствительности.

В предлагаемом способе для выделения уменьшения фазового угла неременной составляющей выпрямленного,тока за период сравнивают мгновенную длительность ее периода (длительность между ее двумя однозначными переходами через нуль, т.е. между переходами от положительных значений переменной составляющей к отрицательным и наоборот) с длительностью периода переменной составляющей

Выпрямленного тока в установившемся .режиме. Разница сравниваемых вели1129

9 чин равна величине изменения .фазового угла переменной составляющей за период. Фазовый угол переменной составляющей выпрямленного тока определяется как разница между момен5 тами перехода через нуль переменной составляющей выпрямленного тока и

"апряжения z,e. Ча 1о 1 о ио > и и т.д. (фиг,1с ). Изменение фазового угла за период составляет !О Ч, = „- 9,= (1;„- 1„„) - (1,) -(1..) =- И.; .,)(о! Не Н ина 1 и о равна длительности периода переменной составляющей выпрямленного напряжения или, что то же самое, длительности периода переменной составляющей выпрямленного тока в установившемся режиме Т . Величина 1 ° — т, равна мгно а венной длительности периода переменной составляющей выпрямленного тока T„ Таким образом, для выделения изменения фазового угла переменной составляющей выпрямленного тока за период отсутствует необходимость в выделении фазового угла между пере25 менными составляющими выпрямленного тока и напряжения и, следовательно,. в выделении переменной составляющей выпрямленного напряжения, что способствует повышению чувствительности защиты, До переходного процесса в якорной цепи двигателей электровоза (фиг,1л1 или утечки (фиг.Ze) фазовый угол остается постоянным, мгновенная длительность периода переменной составляющей выпрямленного тока равна длительности ее периода в установившемся режиме, и изменение фазового угла за период равно нулю, В переходном процессе переменная составляющая выпрямленного тока в любой момент времени равна сумме свободной 1 6 и принужденной 1„, составляющей,При воз» никновении переходного процесса в якорной цепи двигатслей электровоза(фиг,1о) 1" происходит уменьшение фазового угла переменной составляющей выпрямленного тока за период в первый переход через нуль (в первый полупериод) переменной составляющей после возникновения переходного процесса в каждый последующий через период на величины, а 7» а ... а 2„„где ряд натуральных чисел, При этом больше Ь1 и т,д, и 1, при t" стремя-

9 щемся к бесконечности равно кулю., т,е. происходит.экспоненциальное уменьшение фазового угла от начальб89 1О ного до установившегося значения, Во второй переход через нуль (во второй полупериод) переменной состав . ляющей выпрямленного тока после возникновения переходного процесса умень. шения фазового угла за период достигает максимального значения, так

KBK фазовый угол меньше его установившегося значения, а в каждый последующий через период происходит эск. поненциальное возрастание фазового угла на величины 8У и, и до установившегося значения

2п+2 ) при t> cTpeMHIDBMcR K бесконечности равно нулю ).

Таким образом, при возникновении переходного процесса в.цепи двигате- лей электровоза в первый переход чере" нуль переменной составляющей вы- прямленного тока и последующие через период происходит экспоненциальное уменьшение фазового угла от начального до установившегося значения, во второй переход через нуль уменьшение фазового угла за период максималь ное и превышает величину полного уменьшения фазового угла (т.е. разницу между начачьным и установившемс значением фазового угла), а в пос-. ледующие через период происходит его увеличение до установившегося значения

При возникновении утечки в контакт! ной сети переходной процесс переменной составляющей выпрямленного тока происходит практически мгновенно, так как его длительность «а несколько порядков меньше длительности периода переменной составляющей выпрямленного тока (фиг.2о ). Таким образом, в первый и второй переходы через нуль

,полуперисды ) переменной составляю1пей после возникновения утечки умень шения фазового угла за период равны полному уменьшению фазового угла и 1,= 2 = о- -.э

В последующие переходы через нуль изменение фазового угла за период равно нулю. так как режим переменной1. составляющей выпрямленного тока установившийся.

Фа=,oíûé угол переменной составляющей выпрямленного тока в установившемся режим= после переходного процесса >з якорной цепи двигателей электровоза меньше установившегося фазового угла после переходного процесса возникновения утечки (фиг.1ь, Zc.), Согласно извес тному способу эа11 1129б щиты опорный угол должен быть меньше;, минимального фазового угла переменной составляющей выпрямленного тока в нормальном режиме работы контактной сети, т.е. менее („ (фиг.1 »1.

Следовательно, так как после возникновения утечки установившееся значение фазового угла (» т остается большим опорного, то по известному способу отключение утечки не происхо- )p дит.

Длительность переходного процесса переменной составляющей выпрямленного тока при коммутации якорной цепи двигателей электровоза на несколько порядков превосходит длительность переходного процесса при возникнове-, нии утечки.и длительность периода переменной составляющей выпрямленного тока, поэтому -уменьшение фазового угла за период в переходном процессе коммутации якорной цепи двигателей электровоза (т.е. ьЧ„, ь Чз, лЧ,... » ьЧ2„ „ ) значительно меньше уменьшения фазового угла за период при воз,никновении утечки Ь („., аЧ2 (фиг.1 »

2 a). Уменьшение фазового угла за период в переходном процессе коммутации якорной цепи двигателей электровоза во втором переходе через нуль М

> 30 переменной составляющей выпрямленного тока соизмеримо с уменьшением фа- зового угла за период в переходном процессе возникновения утечки и может превышать его.увеличение фазового угла эа период в переходном процессе коммутации якорной цепи двигаэлектровоза » Ь . » ° ° ° » Ь

2й 2 (фиг, 1и) по предлагаемому способу не выделяется» так как при возникновении утечки увеличение фазового угла 4О произойтй не может, а происходит его уменьшение от начального до установившегося значения.

Приведенные изменения фазового угла в переходных процессах (фиг.la 45

2a)подтверждаются теоретическим рас-. четом.

Переменная составляющая ныпрямленого тока в переходном процессе коммутации якорной цепи двигателей электровоза определяется выражением (ст) (»»1 " ст э1 Ч )» t exp где 3 Э m — установившееся в начальное значение амплитуды

89 12 переменной оостанляющей;

А;

) установившееся в начальное значение фазового угла переменной составляющей, град à — постоянная времени переходного процесса, с.

Для определения изменения фазового угла переменной составляющей выпрямленного тока н моменты перехода ее через нуль необходимо приравнять уравнение (2) к нулю и решить его относительно времени. По полученным моментам перехода через нуль в переходном процессе t,» "г, з 4.) и т.д. определяют мгновенные длительности периодов переменной составляющей выпрямленного тока Т,, Т, Т

Т, и т,д. и, сравнивая их с длительностью периода в установившемся режиме Т„, определяют изменение. фазового угла за каждый период. ЬЧ, » ьЧ

ЬМ, ПУФ и т,д.

Б первый переход через нуль переменной составляющей выпрямленного тока и последующие через период d4 „

И, DV и т.д. происходит эксноненциальное уменьшение фазового угла от начального до установившегося значения, причем его максимальное уменьшение эа период происходит в первый переход через нуль. Во второй переход через нуль уменьшение фазоного угла за период ь максимальное и превышает его полное уменьшение, а н последующие через период переходы через > уль происходит зкспоненцальнов увеличение фазового угла до установившегося значения. Пре1дельным условием возникновения утеч" ки, при котором полное уменьшение фазового угла минимальное, является возникновение утечки с максимальным сопротивлением, которую необходимо отключить по условиям электробезопас. ности. Переходной процесс заканчивается практически мгновенно, и в первый и второй переход через нуль переменной составляющей выпрямленно,го тока после возникновения утечки ..уменьшение фазового угла за период равно полному уменьшению фазового угла i

Уставка защиты согласно предлагае" мому способу выбирается большей величины уменьшения фазового угла переменной оставляющей выпрямленного тока за ериод в переходном процессе коммуторых подключен к прямому а второй к инверсному выходу триггера, элементов совпадения ll и 12, первые входы которых соединены с выходами одновибраторов 9 и 10 соответственно, вторые — инверсным и прямым выходом триггера соответственно, а выходы элементов совпадения 11 и 12 соединены между собой. Блок сравнения с уставкой защиты состоит иэ одновибратора 13 и элемента совпадения 14, первый вход которого и вход одновибратора 13 соединены с выходом блоков

3 и 4, а второй — с выходом одновибратора 13. Исполнительный орган б содержит два триггера 15 и 16 со счетными входами и блок формирования импульса сброса 17, вход которого подключен к выходу триггера 15, а выход к входам сброса триггеров 15 и 16.

Переменная составляющая выпрямленного то:;.а снимается с датчика 1 (фиг.3), в качестве которого прйменяют шунт, и поступает па датчик нуля фазы переменной составляющей выпрямленного тока 2, который выполнен на базе операционного усилителя (ÎÓ) без обратной связи (с максимальным к:.эффициентом усиления). С выхода

ОУ относительно отрицательной шины питания снимаются прямоугольные импульсы положительной полярности, соответствующие положительному полупериоду переменной составляющей выпрямленного тока, фронта которых соответствуют ее переходам через нуль (2Ц ., фиг.1 Б, 2 ej, : Эти импульсы поступают на вход первого блока 3 выделения уменьшения фазового угла переменной составляющей эа период, а на вход второго блока 4 поступают инвертированные импульсы относительно выхода ОУ с выхода инвертора 5 (5и1,соот. ветствующие отрицательному полупериоду переменной составляющей выпрямленного тока (фиг,1о,2 6}.Прямоугольные импуль сы (2и поступают на вход триггера 8 первого блока 3 выделения уменьшения фазового угла за период, в качестве которого применен 1-к триггер со счетным гходом, Опрокидывание триггера происходит по окончании входного импульса, т,,е. от его заднего фронта.,На прямом 1 и инверсном 2 выходах триггера 8 формируются прямоуголь ные импульсы, длительность которых равна мгновенной длительности перио. да переменной со тавляющей выпрямленного тока между моментами IIepexo..

13 1129689 14 тации тяговых двигателей электровоза в первый ее переход через нуль после возникновения переходного процесса (JI f,) при максимальном полном уменьшении фазового угла от началь5 ного до установившегося значения, и меньшей полного уменьшения фазового угла в переходном процессе возникновения утечки при максимальном сопротивлении утечки, соответствующем требованиям электробезопасности.

При этом отключение производится в том случае, если уменьшение фазового угла за период в двух полупериодах подряд (т.е, в двух подряд переходах через нуль) переменной составляющей выпрямленного тока больше уставки i защиты. Рекомендуемая уставка защиты, т.е. опорное уменьшение фазового угла. эа период, составляет 1,8-2 град.

В переходном- процессе коммутации якорной цепи двигателей электровоза уменьшение фазового угла эа период может превь;сить уставку только в момент второго перехода переменной

25 составляющей через нуль и сигнал на отключение не формируется, В переходном процессе возникновения утечки уменьшение фазового угла за период превышает уставку защиты в,двух под Q ряд переходах через нуль переменнои составляюшей, формируется сигнал на отключение и производится отключение поврежденной сети.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить чувстьительность защиты шахтных контактных сетей постоянного тока. причем уровень отключаемого защитой сопротивления . утечки повышается на порядок, что удовлетворяет требованиям электробеэопасности.

Устройство для реализации предлагаемого способа содержит датчик переменной составляющей выпрямленного тока 1, датчик нуля фазы переменной 45 составляющей выпрямленного тока 2, блоки 3 и 4 выделения уменьшения фа-

I зового угпа переменной составляющей выпрямленного тока за период, один из которых подключен непосредственно к датчику нуля фазы переменной составляющей выпрямленного тока 2, а другой — через инвертор 5; GJIOI; сравнения с уставкой зашигы 6, исполнительный орган 7, Каждь!й блок выделе- 55 ния уменьшения фазового угпа за период 3 и 4 состоит из триггера 8, одновибраторов 9 и 10, первый из ко15 1 да ее через нуль от положительного значения к отрицательному (30 8.1, 3 U 9.2l Причем происходит чередо. вание формируемых импульсов на прямом и инверсном выходах триггера 8, что позволяет разделить каналы сформирбваннных соседних импульсов (Т„, э Тз и. т д ° и Т в Т- у Т1 и теде) и сравнить мгновенную длительность периода с длительностью периода в установившемся режиме Т . Сформированные импульсы на прямом и инверсном выходах триггера 8 своим передним фронтом запускают одновибраторы

9 и 10, формирующие импульсы, длительность которых равна pJIHTeJIbiIoc» тн периода переменной составляющей выпрямленного тока в установившемся режиме (30 9, 30 10 . Для шахтных контактных сетей она составляет

-3

3„33 10 с. С выходов одновибраторов

8 и 9 сформированные импульсы 3 0 9 и 3 U 10 равные длительности периода переменной составляющей в установившемся режиме, поступают на первые входы элементов совпадения 11 и 12 соответственно, а на вторые входы элементов совпадения 11 и 12 поступают импульсы 3 U 8.2 и 3 U 8.1 .соответственно, инвертированные отно сительно входов одновибраторов 9 и

10. С выхода блока 3 снимаются сигналы, длительность которых равна уменьшению фазового угла переменной составляющей выпрямленного "îêà за .-3 . период в моменты ее перехода через нуль от положительного .значения к отрицательному (3 U 11, 3 U 12, фиг.16, 26 ). Аналогично происходит работа второго блока 4 выделения уменьшения фазового угла за период.

С его выхода снимаются сигналы, длительности которых равны уменьшению фазового угла переменной составляющей выпрямленного тока за период в моменты ее перехода через нуль от отрицательного значения к положи(гельному (4 0 11, 4 U 12 ). Таким образом, с выходов блоков 3 и 4 выделения уменьшения фазового угла за период каждые полпериода в моменты перехода переменной составляющей через нуль снимаются сигналы, длительности которых равны уменьшению фазового угла переменной составляющей выпрямленного тока,за период.

До переходного процесса в контактной .сети мгновенная длительность периода переменной составляющей рав-.

129689 16 на длительности ее периода в установившемся режиме и уменьшение фазово- го угла за период равно нулю.

При возникновении переходного про"

5 цесса в якорной цепи двигателя электровоза в первый переход через нуль после его возникновения мгновенная длительность периода T (3 0 8.1, фиг.16) меньше длительности периода переменной составляющей в установивщемся режиме Te(3 U 9), поэтому происхо- дит совпадение переднего фронта мгно,венной длительности следующего периода переменной составляющеч Т (3 U 8.2) с длительностью ее периода в устано15 вившемся режиме Т на величину умень шения фазового угла переменной составляющей выпрямленного тока за период с1Ч (3 () 11), которая снимается с выхода элемента совпадения 11 первого блока 3 выделения уменьшения фазового угла за период. Аналогично происходит выделение уменьшейия фазового угла за период в последующие

)периоды через нуль переменной составляющей выпрямленного тока (б, а, и ч z и г д ).

При увеличении фазового угла переменной составляющей за период (йЧ, фиг.i) мгновенная длительность.периода Т (4 U 8,2) больше длительности периода переменной составляющей в установившемся тежиме Т . (4 0 10) о и совпадение последней с передним фронтом последующей мгновенной длиЗ5 тельности периода переменной составляющей Т (4 0 8) не происходит.

Таким образом, увеличение фазового угла переменной составляющей за пе-риод устройством не выделяется °

Импульсы, длительность которых

,равна уменьшению фазового угла пере1 меннои составляющей за.период, посту)пают на блок сравнения. 6, где их длительность сравнивается на элементе совпадения 14 с уставкой защиты, формируемой одновибратором 13, Как указывалось, в переходном процессе коммутации якорной цепи двигателей электровоза величина уменьшения фазового угла переменной составляющей sa период может превышать уставку защиты только во второй переход через нуль переменной составляющей выпрямленного тока. Следовательно, SS с выхода блока сравнения 6 может поступать только. один импульс в момент второго, перехода через нуль

)переменной составляющей выпрямленно"

1129689 и

Риг,2 го тока..Этот импульс подается на первый счетный триггер 15 логического исполнительного органа 7. В качестве счетных триггеров применен

1 -триггер со счетными входами. 5

Триггер 15 опрокидывается, и íà его прямом выходе появляется сигнал логической единицы. Своим передним фронтом сигнал на прямом выходе.запускает .блок формирования импульса сброса 17, который формирует короткий прямоугольный импульс, сдвинутый но времени на величину 1>, большую длительности периода, но меньшую длительности полутора периодов пере15 менной составляющей выпрямленного то ка в установившемся режиме. Рекомендуемая величина задержки составляет

1 =1,25 Т . В последукнцие переходы через нуль переменной составляющей

20 уменьшение фазового угла за период меньше уставки защиты, поэтому очередной импульс на входе логического исполнительного органа 7 отсутствует, счетный триггер 16 остается в исход2S ном состоянии, а сформированнный импульс сброса поступает на вход сброса триггеров 15 и 16 и возвращает триггер 15 в исходное состояние, При возникновении утечки контактной сети уменьшения фазового угла

ЗС за период в первый и второй переходы через нуль переменной составляющей выпрямленного "îêà после возникновения переходного процесса равны полному уменьшению фазового угла и превышают уставку защиты (,, Vz„ фиг,2}, Поэтому в момент первого и второго перехода через нуль переменной составляющей выпрямленного тока после возникновения утечки сформируются два подряд импульса с выхода блока сравнения 6. Первый импульс опрокидывает триггер 15, а второй возвращает его в исходное состояние и опрокидывает триггер 16. На прямом выходе последнего триггера появляется сигнал, который подается на коммутационный аппарат, отключающий поврежденный участок контактной сети.

Импульс сброса, поступающий на входы сброса триггеров 15 и 16 после прохождения обоих импульсов с блока сравнения и отключения контактной сети,воз» вращает триггер 16 в исходное состояние, Таким обра: ом, устройство оказывается работоспособным при последующем включении контактной сети .

Технико-экономическая эффективность изобретения по сравнению с базовым объектом заключается в снижегпп вероятности возникновения пожа ров н контактных сетях, повреждения ее элементов и других аварийных ситуаций, возникающих из-за токов утечки, за счет повышения чувствительности защиты.

1129689

СоставительЛ.Васькова

Редактор Н.Швыдкая Техред Л.Коцюбняк Корректор В.Бутяга

Заказ 9461/43 Тираж 613 Подписное

ВНИИХИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4