Устройство для защитного отключения контактной сети

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для контроля величины тока.утечки в сети постоянного тока в паузы силового питания. Цель изобретения - повьшение энергетических показателей и надежности функционирования устройства. Вспомогательные тиристоры 14 и 15 совместно с тиристорами 1, 6 управляемого выпрямителя обеспечивают работу его в инверторном режиме за счет энергии, накопленной в индуктивности 8 тяговой сети. Емкость 9 тяговой сети при .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1421464

А1 (51)4 Н 02 Н 3 17

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3929621/24-07 (22) 17.07.85 (46) 30.09.88. Бюл. 11 36 (7l) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт горно-рудного машиностроения (72) Ю.В Цыбенко, Н,И,Джура, Ю.С,Ремха, А,И.Флидермойз и С.В,Мурашкин (53) 621,316.925 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 845215, кл. Н 02 Н 3/16, 1979.

Авторское свидетельство СССР

В 1117759, кл. Н 02 Н 3/17, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ (57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для контроля величины тока. утечки в сети постоянного тока в паузы силового питания, Цель изобретения — повышение энергетических показателей и надежности функционирования устройства. Вспомогательные тиристоры 14 и 15 совместно с тирнсторами 1, 6 управляемого выпрямителя обеспечивают работу его в инверторном режиме sa счет энергии, накопленной в индуктивности 8 тяговой сети. Емкость 9 тяговой сети при

1427464 этом заряжается с полярностью "плюс" на обкладке, соединенной с анодной группой тиристоров 2,4,6 выпрямителя

7. Разрядный резистор 21 и разрядный диод 22 обеспечивают быстрый разряд емкости 9, после чего ток в датчике

18 изменяет свое направление. Напряжение на датчике 18 определяет величину сопротивления )О утечки. При этом емкость 9 сети не оказывает

:влияния на процесс измерения сопротивления 10 утечки. В случае, если сопротивление 10 утечки ниже допустимого, устройство блокирует открытие управляемого выпрямителя 7 до тех пор, пока сопротивление 10 утечки станет выше допустимого, а формирование оперативного напряжения тиристорами 14,15 будет продолжаться с определенной частотой, Изобретение позволяет осуществлять проверку сопротивления утечки и автоматически восстанавливать энергоснабжение после восстановления сопротивления без применения дополнительного источника оперативного напряжения. 3 ил..

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для защитного отключения от утечек тока в шахтной контактной сети постоянного тока. с периодическим пре- 5 рыванием цепи нагрузки посредством управляемого выпрямителя.

Цель изобретения - повышение энергетических показателей и надежности функционирования устройства, t0

На фиг.1 приведена, схема устройст" ва; на фиг.2 и 3 - диаграммы сигналов, на выходах элементов, .составляющих предложенное устройство, поясняющие

его работу. 15

Тиристоры 1- 6 силового управляемого выпрямителя 7 осуществляют преобразование трехфазного переменного напряжения в постоянное, подключенное к тяговой сети, Распределенные индук- 20 тивность, емкость и активное сопротивление утечки тяговой сети представлены соответственно элементами

8,9, и 10. С тяговой сетью через вен"

THJIbHblH заградитель 1l связана нагруз 25 ка 12, охваченная буферным диодом 13.

К линейному питающему напряжению

АС подключены элементы формирования оперативного напряжения: тиристор 14, связанный анодом с положительным по- 30 люсом выпрямителя 7, и тиристор 15, катод которого через последовательно соединенные стабилизатор 16 напряжения, первый отсекающий диод 17,вклю" ченный согласно протеканию оперативного тока, и датчик 18 оперативного

2 тока, выполненный в виде резистора, подключен к отрицательному полюсу выпрямителя 7, Элемент 19 опорного напряжения стабилизатора 16 через второй отсекающнй диод 20 связан с

I положительным . полюсом выпрямителя

7, к которому через разрядный резистор 21 и разрядный диод 22 подключена точка соединения первого отсекающего диода 17 и датчика 18 оперативного тока, причем разрядный 22 и отсекающий 20 диоды включены встречно выпрямленному напряжению. Датчик 18 оперативного тока охвачен последовательно соединенными ограничивающим резистором 23 и пороговым элементом на стабилитроне 24, Параллельно последнему подключен вход чувствительного органа 25, связанного выходом с первым входом элемента 26 ПАМЯТЬ,второй вход которого подключен к выходу формирователя 27 селекторных импульсов.

Входы формирователя 27 селекторных импульсов связаны с выходами делителя 28 частоты, выполненного в виде сдвигающего регистра, и вторым выходом формирователя 29 импульсов, подключенного первым выходом к входу делителя 28 частоты, а входами к переменному питающему напряжению. Выход элемента 26 ПАМЯТЬ связан с входом инвертора 30 и первым входом элемента 3! 2И-НЕ, подключенного вторым входом к выходу делителя 28 частоты.!

427464

Выходы элемента 31 2И-НЕ, инвертора

30 и делителя 28 частоты через усилители 32 — 34 с гальванической развязкой выходных. сигналов связаны со5 ответственно с управляющими элементами тиристоров 2 — 5, 1, 6 и 14,15.

Первый вход элемента 26 ПАМЯТЬ, связанный с выходом чувствительного органа 25, подключен к первому входу элемента 35 2И-НЕ, выход которого соединен с первыми входами RS-триггера 36 и второго элемента 37 2И-НЕ, подключенного выходом к второму входу RS-триггера 36. Вторые входы элементов 35 и 37, 2И-НЕ объединены и являются вторым входом элемента 26

ПАМЯТЬ, выходом которого является первый выход RS-триггера 36.

На выходах формирователя 29 им- 20 пульсов переменное сетевое напряжение преобразовывается в последовательность однополярных сигналов низкого и высокого уровней, На первом выходе формирователя 29 импульсов, 25 связанного с входом делителя 28 частоты, переход сигналов с высокого уровня на низкий происходит, когда одновременно проводят ток тиристор

1 катодной группы фазы А и тиристор 30

6 анодной группы фазы С управляемого выпрямителя 7. Это обеспечивается, . например, в том случае, если положительная полярность линейного напряжения ВС соответствует сигналу высокого уровня, а отрицательная полярность указанного напряжения — сигналу низкого уровня на первом выходе формирователя 29 импульсов. На втором выходе последнего узкий сигнал низкого 40 уровня формируется в момент появления отрицательной полярности линейного напряжения АВ, Допустим, что до момента С,! (фиг.2) на выходе делителя 28 часто- - 4 ты и элемента 26 ПАМЯТЬ присутствуют сигналы высокого уровня, а, следовательно, на выходах элемента 31

2И-НЕ и инвертора 30 — сигналы низкого уровня. Последние через выходные усилители 33, 34 обеспечивают подачу на управляющие электроды тиристоров 1 — 6 открывающих сигналов, а сигнал высокого уровня на выходе делителя 28 частоты блокирует поступ- 55 ление сигналов с выхода усилителя 32 на управляющие электроды тиристоров

14 и 15. Этим обеспечивается формирование рабочего напряжения управляемым выпрямителем 7, которое через вентильный заградитель 11 питает нагрузку 12.

В момент времени 1„ линейное напряжение ВС переходит в область отрицательных значений и происходит очередная смена сигнала высокого уровня на низкий на первом выходе формирователя 29 импульсов, что вызывает появление на выходе делителя 28 сигнала низкого уровня. Последний поступает на первый вход элемента 31 2И-НЕ и блокирует поступление сигналов с выхода усилителя 33 на управляющие электроды тиристоров 2 — 5, а также одновременно через выходной усилитель 32 обеспечивает подачу сигналов на управляющие электроды тиристоров

14 и 15. Прн этом амплитуда положительной полуволны фазы А и отрицательной полуволны фазы С превышает амплитуды напряжений остальных фаз переменного напряжения и тиристоры

1 и 6 продолжают проводить ток, тиристоры 2 — 5 закрываются, а тиристоры 14 и 15 оказываются подготовленными к открыванию. В результате напряжение в тяговой сети повторяет изменение линейного напряжения AC

Если нагрузка 12 находится на значительном удалении от выпрямителя 7, последний за счет энергии, накопленной в индуктивности 8 тяговой сети, при t переходит в инверторный режим (после перехода через ноль линейного напряжения АС) и напряжение на выходе выпрямителя 7 изменяет знак на противоположн :и рабочему выпрямпенному напряжению. Ток при этом продолжают проводить тиристоры 1 H 6 выпрямителя 7. Наибольшая возможная длительность инверторного режима выпрямителя составляет 90 эл.град, (до момента спада тока в тяговой сети до нуля). После окончания инверторного режима работы выпрямителя 7 при tg емкость 9 тяговой сети оказывается заряженной с полярностью "плюс" на обкладке, соединенной с анодной группой тиристоров 2, 4 и 6 -выпрямите°, ля 7. Если уровень напряжения на емкости 9 выше уровня оперативного напряжения, то протекание оперативного тока для измерения величины сопротивления 10 утечки невозможно. Поскольку емкость 9 тяговой сети может разряжаться по внешней цепи только через сопротивление 10 утечки (вентильный заградитель 11 исключает протекание

1427464 тока разряда емкости через нагрузку, а отсекающий диод 17 — через источник оперативного напряжения), для ускорения ее разряда служит разрядная цепочка, состоящая из разрядного резистора 21 и разрядного диода 22, Че6 тиристоры 14, 15 (точка, 1, Емкость 9 сети при этом заряжается до уровня источника оперативного напря5 жения и в дальнейшем не влияет на процесс измерения сопротивления 10 утечки. рез указанные элементы и датчик 18 оперативного тока осуществляется быстрый разряд емкости 9 тяговой сети до уровня напряжения оперативного источника, после чего ток в датчике

18 оперативного тока изменяет направление и протекает по цепи фаза С— тиристор 15 — стабилизатор 16 напряжения — первый отсекающий диод 17 — . датчик 18 оперативного тока — сопро:тивление 10 утечки — тиристор 14—

:фаза А питающего переменного напряжения. Кроме того, ток источника oneративного тока протекает через раз,рядные диод 22 и резистор 21, вклю:ченные параллельно датчику 18 опера-тивного тока и сопротивлению 10 утечки, соединенным последов ательно. Благодаря наличию Стабилизатора 16 напряжения, величина напряжения на выходе которого определяется элементом

19 опорного напряжения, уровень оперативного напряжения, прикладываемый к последовательно соединенным датчику 18 оперативного напряжения и сопротивлению 1О утечки, будет стабильным до момента снижения амплитудного значения линейного напряжения АС ниже уровня стабилизации элемента 19 опорного напряжения. Поскольку величина сопротивления датчика 18 оперативного напряжения постоянна, то уровень выделяемого на нем напряжения оказывается обратно пропорциональным величине сопротивления 10 утечки. Высокая стабильность уровня оперативного напряжения, даже при больших значениях сопротивления. 10 утечки, обеспечивается за счет протекания тока источника оперативного напряжения через разрядные диод 22 и резистор 21. При этом протекание тока по указанным элементам не влияет на точность измерения сопротивления утечки, поскольку он не протекает через датчик 18 оперативного тока.

В случае, когда нагрузка 12 в тяговой сети отсутствует или находится вблизи выпрямителя 7, инверторный режим последнего отсутствует, и сразу же после перехода выпрямленного напряжения через ноль начинают проводить

При инверторном режиме работы выпрямителя 7, заряде емкости 9 тяговой сети от оперативного источника или резком уменьшении сопротивления 10 утечки на датчике 18 оперативного тока выделяются значительные уровни напряжения. Для защиты входных цепей чувствительного органа 25 от высоких напряжений в указанных вьппе режимах параллельно датчику 18 оперативного тока включены ограничивающий резистор 23 и пороговый элемент 24, включенные последовательно. Сигнал с выхода датчика 18 оперативного тока через ограничивающий резистор 23 поступает на вход чувствительного органа 25, Изменения выходного сигнала

25 последнего в переходных режимах не вызывают изменения состояния элемента 26 ПАМЯТЬ, поскольку на втором его входе с выхода формирователя 27 селекторных.импульсов присутствует блоЗО кирующий сигнал низкого уровня. После окончания переходных процессов, связанных с прерыванием тока в тяговой сети и подачей на нее оперативного напряжения, прн tz на втором выходе формирователя 29 импульсов появляется узкий сигнал низкого уровня. Совпадение двух сигналов низкого уровня на входах формирователя 27 селекторных импульсов приводит к появлению

4о узкого сигнала высокого уровня на его выходе, разрешающего прием информации элементом 26 ПАМЯТЬ. Поскольку в этот период времени сигнал на входе чувствительного органа 25 зависит только от величины сопротивления

10 утечки, то на его выходе присутствует сигнал низкого или высокого уровня, свидетельствующий соответственно о недопустимой или допустимой величине сопротивления 10. утечки в тяговой сети. Если на выходе чувствительного органа присутствует при этом сигнал низкого уровня, то на выходах элементов 35 и 37 2H-HE устанавливаются соответственно сигналы высокого и низкого уровней, что вызывает появление на первом выходе БЯ-триггера 36, а следовательно, и на выходе элемента 26 ПАМЯТ1. сигнала низкого

1427464 уровня. Последний поступает на первый вход элемента 31 2И-НЕ и на вход элемента 30, н сигналами высокого уровня на выходах укаэанных элементов

5 блокируется подача управляющих сигна- . лов усилителями 33 и 34 на управляющие электроды тиристоров 1 — 6, управляемого выпрямителя 7,чем исклячается формирование рабочего напряжения до момента времени, пока сопротивление утечки 10 станет больше допустимого значения ° ьормирование оперативного напряжения тиристорами 14 и 15 при . этом будет продолжаться с частотой, определяемой периодом следования сигналов низкого уровня на выходе дели-. теля 28 частоты (см. фиг.3).

Если на выходе чувствительного органа 25 в момент появления. сигнала высокого уровня на выходе формирователя 27 селекторных импульсов присутствует сигнал высокого уровня, то на выходах элементов 35 и 37 2И-НЕ устанавливаются соответственно сигналы 25 низкого и высокого уровней, что соответствует наличию на первом выходе

RS-триггера 36, а следовательно, и иа выходе элемента 26 ПАМЯТЬ сигнала высокого уровня, который не препятст- ч0 вует работе устройства, задаваемого выходными сигналами делителя 28 частоты. После появления на выходе формирователя 27 селекторных импульсов сигнала низкого уровня, блокирующего прием от чувствительного органа

25 информации элементом 26 ПАМЯТЬ, на выходах элементов 35 и 37 2И-НЕ устанавливаются сигналы высокого уровня, не влияющие на изменение сос- 4О тояния RS-триггера 36, и последний сохраняет информацию, принятую элементом 26 ПАМЯТЬ с выхода чувствительного органа 25 при tq до следующего момента измерения сопротивления 4В утечки (t ) .

В момент t 6 прекращается формирование оперативного напряжения,включаются тиристоры 1,6 (так как на их электродах присутствуют управляющие 60 сигналы с выхода усилителей 34) и начинается снова формирование рабочего напряжения, Последнее, возрастая по синусоиде, при t достигает значения, при котором уровни напряжения положительной полярности фазы А и отрицательной полярности фазы С имеют большую, по отношению к другим фазам, величину. В этот же момент времени линейное напряжение BC переходит через ноль в область отрицательных значений, что вызывает очередной переход сигнала на первом выходе формирователя 29 импульсов с высокого уровня на низкий, а следовательно, на выходе делителя 28 частоты появляется снова сигнал высокого уровня. Последний блокирует поступление сигналов на управляющие электроды тиристоров 14 и 15 и разрешает поступление сигналов на управля ацие электроды тиристоров 2 — 5, чем обеспечивается формирование рабочего напряжения выпрямителем 7. При этом отсекающий 20 и разрядный 22 диоды исключают протекание тока через элементы формирования оперативного напряжения.

Спад и нарастание рабочего напряжения по синусоидальному закону перед началом и после окончания процесса Формирования оперативного напряжения контроля сопротивления утечки способствуют появлению в тяговой ети минимального уровня высокочастотньж помех, влияющих на работу устройств CIJR.

Формирование рабочего напряжения выпрямителем 7 осуществляется до момента времени t» при котором происходит очередной переход сигнала на выходе делителя 28 частоты с высокого уровня на низкий, и процессы,описанные выше, повторяются, Наибольшее время между двумя очередными измерениями сопротивления утечки при номинальном уровне напряжения в тяговой сети 275 В составляет 0,4 с.

Подключение вспомогательных тиристоров и синхронизация их открытия

Э позволят без применения дополнительного источника оперативного напряжения до подачи в тяговую сеть рабоче го напряжения осуществлять предварительную проверку величины сопротивления утечки и автоматически восстанавливать энергоснабжение потребителей после восстановления сопротивления утечки при его увеличении до величины больше заданной.

3а счет естественного закрытия вспомогательных тиристоров при смене полярности питающего напряжения и включения второго, отсекающего диода сводится к кулю энергопотребление элементами источника оперативного

1427464

9 напряжения в процессе формирования, т рабочего напряжения, в

Включение параметрического стаби- д лизатора с управляемым входом поз- н

5 волит существенно снизить внутреннее д

1 сопротивление источника оперативного и напряжения и тем самым увеличить точ- к ность измерения величины сопротивле- т ния утечки. 1 О

Включение первого отсекающего дио- р да, разрядных резисторов и диода по н предлагаемой схеме позволит исключить ч

Протекание тока разряда емкости сети с и тока от реактивной составляющей ин- 15 г дуктивности тяговой сети через эле- в менты формирования оперативного напря- с ж ения. к

Формула иэ обрет ения

Устройство для защитного отключения контактной сети постоянного тока, ;:содержащее соединенный по трехфаэной мостовой схеме силовой управляемый выпрямитель, с выводом анодной груп- 25 пы тиристоров силового управляемого выпрямителя соединен первый вывод датчика оперативного тока и анод стабилитрона, параллельно которому подключен вход чувствительного органа, причем второй вывод датчика оперативного тока подключен к катоду первого отсекающего диода, соединенного анодом с выходом параметрического стабилизатора оперативного напряжения,разрядный резистор, первый вывод которого подключен к катоду разрядного диода, синхронизированный с питающим напряжением формирователь импульсов, первый выход которого через делитель частоты связан с первым входом формирователя селекторных импульсов, а также RS-триггер, токоограничивающий резистор, элемент опорного напряжения и первый вспомогательный тиристор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения энергетических показателей и надежности функционирования, в него введены второй отсекающий диод, три элемента 2И-НЕ, инвертор, три усилителя и второй вспомогательный тиристор, подключенный анодом к выводу катодной группы иристоров силового управляемого

ыпрямителя, а катодом — к выводу ля подключения к одной иэ фаз источика переменного напряжения, к вывоу для подключения к второй фазе сточника переменного напряжения подлючен анод первого вспомогательного иристора, подключенного катодом к ходу параметрического стабилизатоа оперативного напряжения, выполненого с управляющим выводом, KoTopblA ерез элемент опорного напряжения оединен с анодом второго отсекающео диода, подключенного катодом к

ыводу катодной группы тиристоров илового управляемого выпрямителя, которому также подключен второй вывод разрядного резистора, а анод разрядного диода подключен к второму выводу датчика оперативного тока, к которому также подключен первый вывод токоограничивающего резистора, второй вывод которого соединен с катодом стабилитрона, причем второй вывод формирователя импульсов соединен с вторым входом формирователя селекторных импульсов, выход которого подключен к первым входам первого и второго элементов 2И-НЕ, выход чувствительного органа соединен с вторым входом первого элемента 2И-НЕ, подключенного выходом к Я-входу RSтриггера и к второму входу второго элемента 2И-HE подключенного выходом к R-входу RS-триггера, выход которого подключен к входу инвертора и первому входу третьего элемента 2И-HF., выход делителя частоты соединен с вторым входом третьего элемента 2И-HF. и через первый усилитель. — с управляющими электродами вспомогательных тиристоров, выход инвертора через второй усилитель соединен с управляющими электродами двух тиристоров силового управляемого выпрямителя, встречно параллельно которым включень| вспомогательные тиристоры, а к управляющим электродам остальных тиристоров силового управляемого выпрямителя через третий усилитель подключен выход третьего элемента 2И-HF,.

1421464 ддс УИ6 д Иву о

useeersue свауютибяеиию