Устройство для защиты от перегрева контактной сети

 

Использование: в электрифицированном транспорте, в частности в системах электроснабжения тяги и нетяговых потребителей для защиты контактной сети и электрических сетей. Сущность изобретения: устройство содержит датчики тока, скорости ветра и температуры окружающей среды, блок вычисления температуры провода путем решения управления теплового баланса и исполнительный орган. НОЕЫМ в устройстве является введение в блок вычисления температуры второго умножителя и пяти блоков регулируемых коэффициентов. При этом обеспечивается учет температурной зависимости сопротивления контролируемого провода и независимая регулировка всех параметров уравнения теплового баланса , что позволяет использовать устройство для защиты любых проводов из различных металлов, разного сечения и разной конструкции. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С-д-+аО = I R оо „«2

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4931657/07 (22) 25.02.91 (46) 30.11.92. Бюл. ¹ 44 (71) Ростовский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) Т. Е. Петрова и Е. П. Фигурнов(56) Авторское свидетел ьство СССР

¹ 575245, кл. В 60 M 1/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

¹854768,,кл. В 60 M 3/00, 1931. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТ6! ОТ ПЕРЕГРЕВА КОНТАКТНОЙ СЕТИ (57) Использование: в электрифицированном транспорте, в частности в системах электроснабжения тяги и нетяговых потребителей для защиты контактной сети и элекИзобретение относится к электрифицированному транспорту и может использоваться в системах электроснабжения тяги и нетяговых потребителей для защиты контактной сети и электрических сетей, 0HQ может использоваться также для защиты электрических сетей общего назначения.

Известны устройства, контролирующие температуру провода линии с помощью температуры (терморезистора, термодиода и т. и.), установленного на самом проводе, сис. темы передачи информации и исполнительного устройства. Недостатком таких устройств является то, что сам датчик температуры оказывается под тем же высоким напряжением (на высоковольтной линии или контактной сети), что и контролируемый провод. Это вызывает сложности при его обслуживании. Еще более трудные пробле„„5U„„1778852 А1 (si)s Н 02 Н 5/04, В 60 М 3/00, Н 02 Н 3/08 трических сетей. Сущность изобретения: устройство содержит датчики тока, скорости ветра и температуры окружающей среды, блок вычисления температуры провода путем решения управления теплового баланса и исполнительный орган. Новым в устройстве является введение . в блок вычисления температуры второго умножителя и пяти блоков регулируемых коэффициентов. При этом обеспечивается учет температурной зависимости сопротивления контролируемого провода и независимая регулировка всех параметров уравнения теплового баланса, что позволяет использовать устройство для защиты любых проводов иэ различных металлов, разного сечения и разной конструкции. 1 ил. мы возникают при конструировании и эксплуатации системы передачи информации от датчика.

Известно устройство, принятое в качестве прототипа, в котором температура кон- QQ тролируемого провода вычисляется на © основе данных, получаемых от датчиков то- (Л ка, скорости ветра и температуры окружающей среды. Кроме указанных датчиков оно содержит квадратор, нелинейный преобразователь, умножитель, два сумматора, интегратор и исполнительный орган. Это устройство основано на решении уравнения теплового баланса путем выполнения операций, определяемых выражением

1778852

50

55 = т,р + О =- t«p + ); —, (I R — а О) d О, т1 где t — температура провода;

toxp температура окружающей среды;

Π— перегрев провода, т, е. разность между температурой прбвода и температурой окружающей среды;

С вЂ” теплоемкость провода;

I — ток в проводе;

R — сопротивление провода; а — коэффициент теплоотдачи;

, — время.

Недостатками устройства являются низкая точность и отсутствие возможности независимой регулировки параметров, учитывающих cBQAcTBB защищаемого провода.

Недостаточная точность обусловлена тем, что сопротивление провода принято постоянным, хотя известно, что оно зависит от температуры. Неучет этого обстоятельства приводит к погрешности в десятки процентов. Кроме того, не учтены такие факторы, как масса провода и площадь его поверхности, которые влияют на процесс охлаждения. В уравнение теплового баланса входят такие параметры провода, как удельная теплоемкость, масса, сопротивление, площадь поверхности провода, температурная зависимость сопротивления, Необходимо иметь возможность регулировать каждый из этих параметров независимо от других для того, чтобы устройство можно было применить для проводов из различного материала, разной конструкции и разных сечений. В прототипе это не предусмотрено и тем самым область его применения сужена.

Целью изобретения является повышение точности и расширение области применения путем независимой регулировки параметров, характеризующих процесс нагревания и охлаждения защищаемых проводов.

Укаэанная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее датчик тока с присоединенным к нему квадратором, датчик скорости ветра и присоединенным к нему нелинейным преобразователем, выход первого умножителя присоединен к первому входу первого сумматора, интегратор, выход которого подключен Ко второму входу первого умножителя и к первому входу второго сумматора, ко второму входу которого присоединен датчик температуры окружающей среды, а к выходу — исполнительный орган, дополнительно введены второй умножитель, первый, второй, третий, четвертый и пятый блоки регулируемых ко5

35 эффициентов, при этом выход квадратора подключен ко входу первого блока регулируемого коэффициента, к выходу которого присоединен второй блок первого сумматора и вход второго блока регулируемого коэффициента, выход которого присоединен к первому входу второго умножителя, выход нелинейного преобразователя подключен к входу третьего блока регулируемого коэффициента, выход которого присоединен ко второму входу первого умножителя, выход второго умножителя подключен к третьему входу первого сумматора, к выходу которого присоединен интегратор через последовательно подсоединенные четвертый и пятый блоки регулируемого коэффициента, а выход второго сумматора подключен ко второму входу второго умножителя.

На чертеже показана функциональная схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 тока, квадратор 2, первый блок 3 регулируемых коэффициентов, второй блок 4 регулируемых коэффициентов, датчик 5 скорости ветра, нелинейный преобразователь 6, третий блок 7 регулируемых коэффициентов, первый умножитель 8, датчик 9 температуры окружающей среды, первый сумматор 10, второй умножитель 11, второй сумматор 12, четрвертый блок 13 регулируемых коэффициентов, пятый блок 14 регулируемых коэффициентов, интегратор 15, исполнительный орган 16.

Блоки1,2,5,6,8,9,10, 12,15и16 являются известными и используются в прототипе, блоки 3, 4, 7, 11, 13, 14 являются новыми.

Устройство вычисляет температуру защищаемого провода путем решения уравнения теплового баланса. Уравнение теплового баланса имеет вид

Pd t= a F Od к+ CGd О где P — мощность тепловых потерь в единице длины провода; т- время; а- коэффициент теплоотдачи;

F — эквивалентная поверхность охлаждения единицы длины провода;

Π— перегрев провода, т. е. разность между его температурой t и температурой окружающей среды t«p, С вЂ” удельная теплоемкость материала провода;

G †. масса единицы длины провода (использованы обозначения как в прототипе).

Мощность тепловых потерь, как известно, равна

1778852

I» - R.Ð +ф(... + O)l (2) где R — сопротивление единицы длины провода;

R0 — то же при температуре 0 С, P — температурный коэффициент сопротивления.

Перегрев Оравен: д = 0 С (; t I o P (tpKp + O) +

+!2R. — аРО)От, (3) температура провода t может быть вычислена как

1 = токр+ О. (4) Выражение(З) лежит в основе принципа действия предложенного устройства.

Устройство работает следующим образом.

Датчики тока 1, скорости ветра 5 и температуры окружающей среды преобразовывают величины, на которые они реагируют, в соответствующие пропорциональные им напряжения. На выходе квадратора напряжение пропорционально I, где I — ток в г контролируемом проводе, на выходе блока регулируемого коэффициента 3 напряжение равно 03 = Кз!, где Кз — регулируемый коэф2 фициент. Напряжение выхода датчика 5 преобразавывается в нелинейном преобразователе 6 в напряжение, пропорциональное коэффициенту теплаотдачи Q . Напряжение на выходе блока регулируемого коэффициента 7 напряжение равно U7 = К7 Q, где К7 — регулируемый коэффициент. Напряжение на выходе интегратора 15, как будет показано ниже, пропорционально перегреву О, Это напряжение поступает на второй вход умножителя 8, на первый вход которого подается напряжение U7. На выходе умнажителя 8 напряжение равно !в = U7 О= К7 а О.

На выходе датчика 9 напряжение пропорционально температуре окружающей среды ниокр и оно подается на один иэ выходов сумматора 10, на второй вход которого поступает напряжение с выхода интегратора

15 пропорциональное перегреву О . Ha выходе сумматора 10 напряжение равно

010 = to p+ О. Это напРЯжение постУпает на один из входов умножителя 11, на второй вход которого подается напряжение с выхода блока регулируемого коэффициента 4, равное 04 = К403 = K3K4! . Напряжение на

Выходе умнажителя 11 pBBHQ U11 = U4U10 =

=КзК4! (токр + О). НапРЯжениЯ 03, U8, Ш1 подаются на соответствующие входы сумматора 12, напряжение на выходе которого равно

5 12- U3 — Ua+ u1 =

- Кз! — K7 аО+ КзК4! (ниокр+ О).

Напряжение на выходе блока регулируемого коэффициента равно

U14 K13K14U12 = K13K14jK3I

K7 QO+ K3K4I (Сокр + О)) и это напряжение подается на вход ин15 тегратора 15, напряжение на входе которого равно

Регулируемые коэффициенты принимаются равными

25 K3=- R,; ;K4=P; K7 — -- F; K13=1/С;

K14 = 1/G где Во, P, F, 1/С, 1/G параметры конкретного провода, ат которых зависят процессы ега нагревания и охлажден ",я. t:э сравнения выражений (5) и (3) следует, чта

U15 = O, 3TQ Q6 спечивае ся па";аж 1тел!.най абра-най связью с выхода интегратора

15 на входы умнажителя 8 и сумматора 10, При увеличении температуаы провода t возрастает нап ряжение на вы ха ле сумматораа 10, равное 010 == токр " О--- l. Эicl напряжечие поступает на вход испалнительнага органа !6, Когда напряжение U1s превысит заданное значение, исполнительный орган 16 произведет отключение защищаемой линии.

Предложенное устройство может быть использовано на контактной сети л абога транспорта, а также на электрических сетях любого назначения при обеспечении более высокой надежнссти защиты и более паастой ее настройки на конкретные условия и провода, Формула и"-обретения

Устрайсгва для защиты c . перегрева контактной сети, содержащее датчик тока с присоединенным к нему кяадраторам, датчик скорости ветра с присоединенным к нему нелинейным греабразавателем, выход первого умножителя присоединен к первому входу первого сумматора, интегратор, выход которого подключен к второму входу первого умнажителя и к первому входу второго сумматора, к второму входу которого

40

015 = P U14d r= .! К1ЗК14(КЗК4! (токр + О)+

20 + Кз! — К7 <0) а . (5) 1778852

Ч 2

Составитель T.Ïåòpoâ

Редактор В.Коляда Техред М.Моргентал Корректор Л,©иль

Заказ 4198 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 присоединен датчик температуры окружающей среды, а к выходу — исполнительный орган, отличающееся тем,что.сцелью повышения точности и расширения области применения путем независимой регулировки параметров, характеризующих процесс нагревания и охлаждения защищаемых проводов, в него дополнительно введены второй умножитель, первый — пятый блоки регулируемых коэффициентов, при этом выход квадратора подключен к входу первого блока регулируемого коэффициента, к выход которого присоединен второй вход первого сумматора и вход второго блока регулируемого коэффициента, выход которого присоединен к первому входу второго умножителя, выход нелинейного преобразователя, подключен к входу третьего блока

5 регулируемого коэффициента, выход которого присоединен к второму входу первого умножителя, выход второго умножителя подключен к третьему входу первого сумматора, к выходу которого присоединен интег10 ратор через последовательно соединенные четвертый и пятый блоки регулируемого коэффициента, а выход второго сумматора подключен к вторОму входу второго умножителя.