Устройство для защиты контактной сети электрофицированных железных дорог от токов короткого замыкания

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (ц 608220

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заивлено 03.05.76(21) 2355381/07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано25.05.78,Бюллетень № 19 (45) Дата опубликования описания

2 (51) М. Кл.

Н 02 Н 3/10

В 60 М 3/00

Государственный комитет

Совета Министроа СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК62 1.316.925 (088.8) (72) Авторы изобретения

С. Ll. Соколов, А. В. Котельников, А. В. Наумов, А. А. Порцепан и Ю. В. Плешаков

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАШИТЫ КОНТАКТНОЙ СЕТИ

ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

ОТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Изобретение относится к энергоснабжей|по электрифицированных железных дорог и может быть использовано в качестве защиты контактной сети от токов короткого замыкания.

Известны аналогичные устройства, содержащие датчики высокочастотных колебаний, фильтры-усилители с пороговыми элементами, датчики средних частот и низких частот, соединенные с контактной сетью и через согласующие элементы — с блоком отключения, выход которого связан с отключающей катушкой (1).

Однако эти устройства обладают низкой помехозащищенностью, селективностью и надежностью в работе при малых токах коротких замыканий (КЗ).

Известно устройство для защиты контактной сети от токов К3, содержащее датчики частоты и скорости нарастания тока, соединенные выходами с пороговыми элементами, а входами — с датчиком тока короткого замыкания, включенного в провода контактной сети, датчик напряжения, входы которого включены между контактной сетью и рельсом, логический элемент И, блок питания, выход которого через рабочий орган защиты связан с исполнительным элементом, трос группового заземления, соединенный с опорами контактной сети (2).

Это устройство по технической сущности является наиболее близким к описываемому.

Однако оно недостаточно надежно при малых токах короткого замыкания. Целью изоб ретения является повышение надежности работы защиты при малых токах короткого замыкания.

Это достигается тем, что описываемое устрой TBQ для защиты контактной сети электрифицированных железных дорог от токов корот10 кого замыкания, содержащее датчики частоты и скорости нарастания тока, соединенные выходами с соответствующими пороговыми элсментами, а входами — с датчиком тока короткого замыкания, включенного в провода контактной сети, датчик напряжения, включенный между контактной сетью и рельсом, логический элемент И, блок питания, выход которого через рабочий орган защиты связан с исполнительным элементом, трос группового заземления, соединенный с опорами контактной сети, дополнительно снабжено логическими элементами ИЛИ, датчиком температурного состояния контактной сети, преобразователем температурных значений в напряжение, пороговым элементом, причем выходы соответствуlo щих пороговых элементов, датчиков частоты

25 и скорости нарастания тока подключены к вхо608220 дам первого логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с одним из входов логического элемента И, другой вход которого связан с выходом датчика напряжении, выходы логического элемента И соединены соответственно с одним из входов второго логического элемента ИЛИ и входом порогового элемента преобразователя температурных значений в напряжение„вход которого подключен к выходу датчика температурного состояния контак-. тной сети, выход порогового элемента преобразователя температурных значений в напряжение соединен с другим входом второго логического элемента ИЛИ, выход которого связан с входом рабочего органа защиты, а входы блока питания подключены между контактной сетью и рельсами.

Устройство снабжено также датчиком напряжения трос-рельс, входы которого включены между тросом группового заземления и рельсом, а выход подключен к одному из входов второго логического элемента ИЛИ.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит провода 1 контакт.. ной сети, рельсы 2 электрифицированных путей и трос 3 группового заземления, к которым подключены опоры 4 контактной сети, датчик

5 тока короткого замыкания, связанный с датчикам 6 скорости нарастания тока и датчиком

7 частоты.

Выходы датчиков связаны через пороговые элементы 8, 9 с логическим элементом ИЛИ

l0 и элементом И 11, который связан по входу с датчиком 12 напряжения в контактной сети, Другой логический элемент. ИЛИ 13 соединен с рабочим органом защиты 14, датчиком 15 напряжения трос-земля. Датчик 16 температурного состояния контактной сети через преобразователь 17 температурных значений в напряжение соединен с пороговым элементом 18, один из входов которого соединен.с элементом

И 11. Между. контактной сетью и рельсами включен исполнительный элемент 19, и качестве которого может быть применен, например короткозамыкатель с управляющим элементом,,блок питания 20.

Устройство работает следующим образом.

При неглухом замыкании провода контактной сети I нHа a рpеe л ьbс 22, трос 3 группового заземления или опору 4 в цепи короткого замыкания через датчик 5 начинает протекат ток

- КЗ (Ц,), характеризующийся определенными для режима КЗ скоростями нарастания (параметр — — — —.-) тока и гармоническим составом

d f

dt (параметр частоты). При этом на выходе датчика 6 скорости нарастания тока и датчика 7 частоты появляется импульс напряжения, по достижении которым определенного уровня ñðàбатывают пороговые элементы 8, 9, и на входы логического элемента ИЛИ 10 подаются импульсы напряжения, характеризующего режим

КЗ по току. С выхода элемента ИЛИ 10 сформированный импульс напряжения подается на один. из входов элемента И 11. При возникновении режима КЗ в контактной сети 1 резко снижается напряжение (до напряжейия горения дуги в месте КЗ, т. е. до 700 —;900 В). В результате. срабатывает датчик 12 напряже.ния в контактной сети, уставку. которого выбирают в пределах 1200 — 1500 В (это гарантирует устойчивое срабатывание датчика 2), и.открывается второй вход логического элемента И 11. Полученная информация подается на один из входов второго логического элемента

ИЛИ 13 и на вход порогового элемента 18 преобразователя температурных значений в напряжение. Появление на выходе логического элемента ИЛИ 13 сигнала приводит к срабать| ванна рабочего органа защиты 14, в качестве которого может быть использован, например тиристор, управляющий электрод которого соединен с выходом элемента ИЛИ 13, анод. подключен к блоку питания 20; а катод связан с исполнительным элементом 19, установленным в зоне гарантированного срабатывания максимальной токовой защиты. При срабатывании рабочего органа защиты 14 и исполнительного элемента 19 контактная сеть 1 оказывается соединенной наглухо с рельсами 2, в результате чего срабатывает максимальная токовая защита на тяговой подстанции. Одновременно сигналом с выхода логического элемента И 11 открывается вход порогового элемента 18 и подготавливается рабочий режим датчика 16 температурных состояний контактной сети.

При. использовании канала, телемеханики полученный сигнал исходной информации, напрчмер с выхода логического. элемента ИЛИ 13,. может быть передан на унравляющие элементы . быстродействующих выключа"гелей смежных тяЗО . говых подстанций.

В качестве датчика б тока короткого замы.. кания могут быть использованы индуктивные катушки, . шунты, к которым подключаются фильтры, настроенные на определенный диапазон частоты .(датчик частоты 7) и датчики, реагирующие на скорость нарастания. тока КЗ.

Датчик.12 напряжения в контактной сети мо жет бать выполнен в виде реле минимального напряжения, время срабатывания которого измеряется в долях миллисекунд. Общее время щ работы защиты е учетом срабатывания исполнительного . элемента - 19 не превышает

45 — 55 мс. При использовании троса 3 группового заземления и возникновения между ним и проводом 1 контактной сети режима КЗ срабатывает датчик 15 нанряжеиия трос-рельс, нм4> пульс. напряжения с которого через логический элемент ИЛИ 13 йодается на рабочий орган защиты 14. В результате срабатывает исполнительный элемент 9 и отключаются автоматы на тяговых подстанциях (ие показаны), что позволяет существенно повысить чувствительность защиты к режиму КЗ.

Для случаев, когда в пределах ступени 1 ни один из признаков в достаточной степени не проявился (что может быть, например, при на55 решении работы датчиков тока и напряжения) в устройстве предусмотрена. ступень 1! срабатывания защиты. Это позволяет избежать пережога проводов контактной сети и в значительной мере повысить электробезопасность.

Для .этого в устройство введены элементы, которые ведут непрерывный контроль за состоянием температуры проводов I контактной сети.

Датчик 16 температурного состояния. контактной сети выполнен в виде. сумматора амперквадрат-секундных характеристик проводов, т. е, регистрируется нагревание структуры провода при протекании,по нему тока во времени, что позволяет отстроиться от ложных срабатываний датчика в зависимости от температуры окружающей среды и в полной мере учесть требования тяговых режимов.

При достижении предельных значений температурного состояния проводов срабатывает датчик .16, а на преобразователе 17 температурных значений в напряжение появляется сигнал, при достижении которым определенного уровни и при наличии сигнала на выходе элемента И 1!, срабатывает пороговый элемент

l8 и открывается один из входов логического элемента ИЛИ 13. В результате срабатывает . рабочий орган защиты 14 и исполнительный элемент 19, т. е. и в этом случае отключают ся выключатели тяговых подстанций. Время срабатывания защитьг в пределах ступени И зависит от тока подвески, мощности подстанций и может быть выбрано практически с учетом параметров участка.

Каждая из ступеней решает одну и ту же задачу: выявить режим КЗ и.дать команду на отключение выключателей подстанции. При этом никаких дополнительных элементов в устройство не вводится. Блок питания 20 постоянно должен иметь энергоемкий источник (например заряженный конденсатор). Конструктивно он может быть выполнен как.от контактной сети (независнмый источник) н от линии высокого напряжения (зависнмый источник). Необходимо только предусмотреть возможность работы режима двух- или трехкратного автоматического повторного включения.. Формула изобретения которого через рабочий орган защиты связан с исполчнтельным элементом, трос группового заземления, соединенный с опорами контактной сети, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работ защиты ври малых токах короткого замыкания, оно дополнительно снабжено, логическимй.элементами ИЛИ, датчиком температурного состояния контактной сети, преобразователем температурных значений в напряжение, пороговым элементом, причем выходы соответствующих пороговых элементов, датчиков частоты н скорости нарастания.тока. подключены к входам первого логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с одним из входов логического элемента

И, другой вход которого связан с выходом датчика, напряжений, выходы логического элемента И соединены соответственно с одним из входов второго логического элемента ИЛИ и входом порогового элемента преобразователя температурных значений в напри кение, вход

10 которого подключен к выходу датчика температурного состояния контактной сети, выход порогового элемента преобразователя температурных значений в напряжение соединен с другим входом второго логического элемента ИЛИ, выход которого связан с входом рабочего органа защиты, а входы блока литания подключены: между. контактной сетью и рельсами.

2. Устройство по и. l, отличающееся тем,,что, с целью повышейня.чувствительности органов защиты при наличии тросов группово3П го заземления, соединенных с опорами контактной сетй, оно дополнительно снабжено датником напряжения. трос-рельс, входы которого включены между тросом и рельсом, а выход подключен.к одному иэ входов второго логического элемента ИЛИ.

35.

Источники информации; принятые во внимание при экспертизе:

Устройство для защиты контактной сети электрифицированных железных дорог от токов короткого замыкания, содержащее датчики частоты и скорости нарастания тока, соединенные выходами с соответствующими порогоными элементами, а входами — с датчиком тока короткого замыкания, включенного в провода контактной сети, датчик напряжения, включенный между контактной сетью и рельсом, логический элемент И, блок питания, выход

1. Сердннов С. М. Схема защиты контактнон сети от токов короткого замыкания, Анализ работы н повышение надежности устройств энергоснабжения электрифицированных железных дорог, М., «Транспорт», 1975, г. 260, рнс. У, 34, 2. Анализ работы и повышение надежности устройств энергоснабжения электрифицирован.ных железных дорог, М., «Транспорт», 1975, Схема защиты Западно-Сибирской железной дороги,:с. 260,. рис. Ч вЂ” 35.

608220

Составитель Т. Щеголькова

Текред О. Луговая Корректор Д. Мельниченко

Тираж 892 Подписное, Редактор E. Кравцова

Заказ 28!О/36

11НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная. -1