Устройство для защиты от замыкания на корпус электроустановки в цепи постоянного тока с изменяющимся напряжением

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА КОРПУС ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ В ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ИЗМЕНЯК 1ИМСЯ НАПРЯЖЕНИЕМ, содержащее генератор прямоугольного напряжения, управлякящ двумя электронньми ключами коммутатора, компаратор, опорный вход которого связан с генератором прямоугольного Напряжения, а выход соединен с исполнительным органом, отличающееся тем, что, с целью повьшения надежности работы путем обеспечения независимости срабатывания от изменения напряжения контролируемой цепи и расширения функциональных возможностей путем определения места замыкания, в него дополнительно введены два трехзлементных коммутируемых резистивных симметричных делителя напряжения контролируемой цепи, два трансформатора напряжения, два амплитудно-фазных различителя и выпрямитель, при этом первичная обмотка первого Трансформатора напряжения включена между средними точками первого делителя напряжения, а вторичная обмотка через выпрямитель подсоединена к опорному входу компаратора, к сигнальному входу которого подключен общий i выход двух встречно включенных ампли (Л тудно-фазных различителей входы с которых подключены ко вторичным обмоткам второго трансформатора напряжения , причем один конец первичной обмотки указанного трансформатора соединен с корпусом электроустановки, а другой через первьй электронный ключ коммутатора подключен к средним точкам второго делителя напряжения, ел второй злектронН ключ подсоединен о в разрыв цепи между средним резистоО ) ром и резистором минусовой шины 00 контролируемой цепи первого делителя напряжения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) ((1) 4(5)) Н 02 Н

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3443463/24-07 (22) 24.05,82 (46) 15.04.85. Бюл. В 14 (72) П.П. Лезов, Г.А. Михневич и В.В. Золотых (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт нм. В.И. Ленина (53) 621.3 16.925(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

)(- 712887, кл. Н 02 Н 3/14, 1980.

2. И.Я. Гунин, М.И. Гунин, В.Ф. Устинов. "Вторичные схемы электрических станций и подстанций".

"Энергия", 1964, стр. 131-133.

3. Патент Франции ))- 2188171, Н 02 Н 3/16, 1973 ° (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ

ЗАМЫКАНИЯ НА КОРПУС ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ В ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ИЗМЕНЯКЩИИСЯ НАПРЯЖЕНИЕМ, содержащее генератор прямоугольного напряжения, управляющий двумя электронными ключамн коммутатора, компаратор, опорный вход которого связан с генератором прямоугольного напряжения, а выход соединен с исполнительным органом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работыпутем обеспечения независимости срабатывания от изменения напряжения контролируеиой цепи и расширения функциональных возможностей путем определения места замыкания, в него дополнительно введены два трехэле.ментных коммутируемых резистнвных симметричных делителя напряжения контролируемой цепи, два трансформатора напряжения, два амплитудно-фазных разлнчнтеля и выпрямитель, при этом первичная обмотка первого трансформатора напряжения включена между средними точками первого делителя напряжения, а вторичная обмотка через выпряиитель подсоединена к опорному входу компаратора, к сигнальному входу которого подключен общий выход двух встречно включенных амплитудно-фазных раэличителей, входы которых подключены Ко вторичным 06» моткам второго трансформатора напряжения, причем один конец первичной обмотки указанного трансформатора соединен с корпусом электроустановки, а другой через первый электронный )ива ключ коимутатора подключен к среднии ® ) точкам второго делителя напряжения, второй электронный ключ подсоединен ар в разрыв цели между средним резистором и резистором минусовой шины контролируемой цепи первого делителя напряжения.

689

1 1150

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты и сигнализации от замыкания на корпус силовой цепи тепловоза. 5

Известно устройство для защиты электрической цепи от короткого замыкания на корпус в цепи постоянного тока„ основанное на принципе наложения переменного тока от дополнительного источника на контролируему„>

I сеть с помощью мостовой схемы j1j .

Недостатками устройства являются создание hoMex работе устройств

==..томатически источником переменного тока, зависимость комплексного

--противления изоляции от времени состояния окружающей среды, приводящая к изменению настройки моста, наличие "слепой" точки в работе уст- 20 ройства. Последний недостаток заклю -.ается в том, что при замыкании на корпус точки цепи с потенциалом, равным потенциалу незаземленной вершины измерительной диагонали моста, мост оказывается в равновесии и ток измерительной диагонали равен нулю.

С учетом зоны нечувствительности измерительного устройства образуется "слепая" или "мертвая" зона, в ЗО пределах которой устройство замыкания на корпус не обнаруживает.

В значительной мере эти недостатки искупаются таким важным для тепловозов достоинством, как независимость работы устройства от напряжения контролируемой цепи постоянного тока, если это напряжение изменяется достаточно медленно.

Известно также устройство контро- 4О ля изоляции, в котором используется мостовая схема с трехэлементным делителем из одинаковых сопротивлений, среднее иэ которых является потенциометром, с двухполюсным переключателем, позволяющим закорачивать любое крайнее сопротивление делителя. Переключение плеч моста вызывает перемещение измерительной диагонали, что дает два отсчета (один нулевой), о которыми определяется сопротивление изоляции независимо от соотношения сопротивлений утечек полюсов сети f2(.

Недостатками устройства являются необходимость выполнения ручных опе- >5 раций при измерениях, зависимость показаний устройства от напряжения сети.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому -является устройство для защиты электрооборудования от утечек тока на землю, в котором полюса сети периодически подключаются к заземленному сопротивлению нагрузки устройства, благодаря чему на нагрузке получается напряжение в виде последовательности разнополярных импульсов, амплитуды которьж определяются величинами сопротивлений изоляции соответствующих полюсов сети. Напряжение нагрузки сравнивается компараторбм с опорным напряжением прямоугольной формы, подаваемым от того же генератора, который управляет коммутацией полюсов сети. В случае возникновения утечки на компараторе появляется сигнал раэбаланса, вызывающий отключение системы питания (3) .

Недостатками устройства является зависимость срабатывания устройства от напряжения контролируемой цепи, а также тяжелые условия работы ключей коммутатора — при полном напряжении сети. Последнее затрудняет использование полупроводниковых элементов

/ в качестве ключей, так как напряжение сети на тепловозах, например, достигает 900В, а допустимое напряжени ..ля полупроводников порядка

600В.

Цель изобретения — повышение надежности работы устройства путем обеспечения независимости срабатывания от изменения напряжения контролируемой цепи и расширение функциональных возможностей путем определения места замыкания.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор прямоугольного напряжения, управляющий двумя электронными ключами коммутатора, компаратор, опорный вход которого связан с генератором прямоугольного напряжения, а выход соединен с исполнительным органом, дополнительно введены два трехэлементных коммутируемых резистивньж симметричных делителя напряжения контролируемой цепи, два трансформатора напряжения, два амплитудно-фазных различителя и выпрямитель, при этом первичная обмотка первого трансформатора напряжения включена между средними точками первого делителя напряжения, а вторичная обмотка

11506 через выпрямитель подсоединена к опорному входу компаратора, к сигнальному входу которого подключен общий вход двух встречно-включенных амплитудно-фазных различителей, входы которых подключены ко вторичным обмоткам второго трансформатора, напряжения, причем один конец первичной обмотки указанного трансформатора соединен с корпусом электроустановки, 10 а другой через первый электронный ключ коммутатора подключается к средним точкам второго делителя напряжения, второй электронный ключ подсоединен в разрыв цепи между средним резистором и резистором минусовой шины контролируемой цепи первого делителя напряжения.

На фиг. 1 приведена схема моста, состоящего из плеч трехэлементного делителя 1 и частей сопротивления приемника 2, разделенных точкой d замыкания на корпус, Плечи делителя

1 периодически переключаются секцией электронного коммутатора 3. 1, пита. — 25 емым от генератора энакопеременного прямоугольного напряжения 4. В измерительной диагонали моста стоит трансформатор 5, на двух вторичных обмотках которого собраны амплитудно-фазовые раэличители 6 и 7, выходы которых включены встречно, а опорные напряжения подаются в противофазе от генератора 4, Алгебраическая разность постоянных составляющих

35 напряжений с амплитудно-фазовых различителей 6 и 7 подается в качестве сигнала на компаратор 8 и далее на исполнительное устройство 9 в виде сигналиэатора или коммутирующего аппарата.

Опорное напряжение снимается с трехэлементного делителя 10, периодически включаемого секцией коммутатора 3,2, в виде последовательности 45 знакопостоянных прямоугольных импульсов, которые через развяэывающий трансформатор 11 подаются на выпрямитель 12 и далее на компаратор 8.

Величина, опорного напряжения таким образом получается прямо пропорциональной напряжению контролируемой цепи.

Для облегчения поиска места замы- 55 кания на корпус устройства снабжено вольтметром с нулем посредине шкалы, подключаемым с помощью переключате89 4 ля 13 поочередно к выходам амплитудно-фазовых различителей.

В случае замыкания на корпус какой-либо точки цепи в измерительной диагонали возникает последовательность прямоугольных импульсов тока вследствие работы коммутатора 3 ° 1.

Удобно эту последовательность представить в виде совокупности двух по-. следовательностей, соответствующих разным положениям ключа коммутатора

3.1 (a и ь ). Амплитуда импульсов последовательности 0 зависит от верхней части сопротивления приемника 2, определяющей разность потенциалов (f — (f на измерительной диq д агонали, где ср — потенциал корпуса.

Амплитуда импульсов последовательности 8 зависит от нижней части сопротивления приемника 2, определяющей разность потенциалов (уц — q g на измерительной диагонали. Тогда разность амплитуд импульсов а и 8 будет определяться только p93HocTblO потенциалов точек а и в причем независимо от положений точки замыкания на корпус. Этим полностью устраняется "слепая" точка в работе устройства.

На фиг. 2 показаны графики, иллюстрирующие процессы, происходящие в измерительной диагонали.

На фиг. 2 изображено пять случаев процессов в устройстве, соответствующих разным соотношениям потенциала точки d относительно потенциалов точек с и 8 (ч,1 Ча у Ч -- 9а ф

С 8 4 V «1 = « в Ч4 Ч ° случай иллюстрируется тремя графиками, показывающими форму тока ««, и «а в нагрузке каждого из амплитуднофазных различителей 6 и 7 и их разность«д - «, полученную за счет последовательного встречного включения нагрузок относительно входа компаратора 8. Конденсаторы фильтров

АФР при этом должны быть отключены .

Следует заметить, что графики

«ц и «8 на фиг. 2 также соответствуют форме тока измерительной диагонали моста устройства в положениях

Q и р коммутатора 3. 1. Напряжения на нагрузках 6 и 7 и входе компаратора в силу линейности устройства

Предлагаемое устройство может эффективно работать на тепловозе, напряжение силовой сети которого изменяется в широких пределах — в 15 раз (60 - 900В), а наличие вибрации и тряски в присутствии следов дизельного топлива делает высокой вероятг ность, пожара при замыкании на корпус проводов сети или приемников.

Вр мя поиска неисправности за счет дополнительной информации, получаемок от показаний вольтметра, сокращается, тем самым уменьшается время простоя тепловоза.

3 115068 повторяют форму токов (при отключенных конденсаторах).

При подключенных конденсаторах на нагрузках выделяются постоянные составляющие токов (напряжений) 1а и 1 показанные на фиг. 2 пунктиром.

Разность этих постоянных составляющих 1 — 1, точней — пропорциональное этой разности напряжение, является входным сигналом компаратора. 10

Разность амплитуд импульсов тока (о и и разность постоянных составляющих этих токов — не зависит от положения точки 4 замыкания на корпус, чем устраняется слепая" !5 точка в работе устройства.

Последовательности импульсов а и 6 выделяются амплитудно-фазовыми различителями 6 и 7, опорные напряжения которых подаются в противофазе от 20 генератора знакопеременного прямоуголь. ного напряжения 4, благодаря чему различители 6 и 7 работают поочередно. Вследствие -встречного включения выходов различителей 6 и 7 на выходе блока различителей получается сигнал в виде знакопостоянного напряжения, прямо пропорционального напряжению 1ц@, т.е. прямо пропорционального напряжению питающей сети,go

При коротком замыкании на корпус любой точки цепи при любом напряжении питания компаратор 8 срабатывает, так как опорное напряжение в такой же степени зависит от напряже35 ния питания, как и сигнал, 9 6

Из временных графиков фиг. 2 видно, каковы полярности напряжений на выходах амплитудно-фазовых различителей 6 и 7, а следовательно, в какую сторону отклоняется от нуля, расположенного:посредине. шкалы, стрелка вольтметра. Например, если стрелка вольтметра в обеих позициях переключателя 13 отклоняется влево, то это означает, что замыкание на корпус произошло в полюсовой шине или примыкающей к ней части нагрузке, Если стрелка отключается в разные стороны при манипуляци переключателя 13 вольтметра, то замыкание произошло в средней части приемника, если стрелка вольтметра в обеих по-. зициях его переключателя 13 отклоняется вправо, то замыкание на корпус произошло в минусовой шине илн примыкающей к .,ей части нагрузки.

1150689

1150689

ig lb

II d Yg

lb ь ф с а

Ь ь

-Ъ-Ib

1а-1

-- Ig-Ib

Фи .2

Составитель О. Лисицын

Техред А.Бабинец

Редактор M. Товтин

Корректор В. Гирняк

Заказ 2156/41 Тираж 620 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1f3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 d > 1а а

1а

t а-4

« а 4

la-1ü