Устройство для защитного отключения шахтной тяговой сети постоянного тока с цикличным прерыванием цепи нагрузки
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сеюз,Севетских
Сецк ели стическнк
Ресвублик
К АВТОРСКОМУ СВИДВТВДЬСТВУ (61) Дополнительное к ввт. сеид-ву(22) Заявлено 020876 (21) 2393608/24-07 (51}М. Ел.
Н 02 Н 3/16 с присоединением заявки М 2431908/24-07
I äñóäàðñòâåíиыЯ комитет
СССР ло делан изобретеиия и открытиЯ (23) ПриоритетОпубликовано 1507.79. 6кциветень И9 26 (53) УДК 621 ° 316 ° ,925 (088.8) Дата опубликеванил oflHcbHNN 18.07.79
A. Г. Животозский, А. Г. ЛикаренкО, Ю. Н. Батасов
° и A. В. Пилипенко (72) Авторы изобретения (71) Заявитель Всесоюзный научно-исследьвательскйй институт безопасности труда в горнорудной промиааенности (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗИфйНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ (ЖХТНОЙ ТЯГОВОЙ
СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ЦИКЛИЧНЫМ ПРЕР61ВАНИЕМ ЦЕПИ НАГРУЗКИ
Изобретение относится к области электротехники и предназначено для . защиты от утечек тока в шахтной контактной сети электровозного транспорта с периодическим. (цикличным) прерыванием цепи нагрузки.
Известно устройство для защиты шахтной тяговой сети постоянного. то-: ка от эаьыкания на землю (1), содержащее источник оперативного напряже- 10 ния, переключающий элемент, управляемый вентиль (тиристор), исполнйтельное реле, Источник оперативного напряжения подключен к сети встречйо питающему напряжению через силовой ком-15 мутатор (тиристор), управляемый переключающим элементом с постоянной скважностью. Устройство содержит исполнительное реле, подсоединенное параллельно силовому неуправляемому 20 вентилю, включенному последовательно: всей нагрузке сети .в прямом направлении, а последовательно в цепи каждо го отдельного .потребителя сети включен вентиль-заградитель оперативного 25 тона.
Недостатком этого устройства яВляется сложная схема коммутации, использующая двойное преобраэованке электрической энергии (переменный ток30 преобразуется в постоянный, а постоянный в пульсирующий) и требующая большоГо количества силовых вентилей.
Кроме того, В этом устройстве исполь-, зуется принудительная (искусственная) коммутация вентилей силового коммутатора, котaðàÿ по"сравнению со схемами коммутаторов, использующих естественную коммутацию вентилей, предъявляет повышенные требования к параметрам элементов его схемы как при номи- нальных, так и при аварийных режимах работы контактйой сети. Все это снижает надежность работы устройства.
Известно также устройство для защитного отключения шахтной тяговой сети постоянного тока от закнкаиия на землю (2), использующее цикличное прерывание цепи нагрузки, содержащее управляемый вентильный трехфазный выпрямитель, подключенный к сети переменного тока, в одну иэ Фаз кото- рой включен вентиль, а управляющие электроды вентилей йодключены к коммутирующему блоку, выполненному в ви- " де сопротивлений, образующих искусственную нулевую точку сети переменного тока. Последовательно в цепь нагрузки сети включен силовой вентиль, параллельно которому подключен чувстд 674143 4 вительный элемент защитного устройст- чем оно будет проявляться при измева. Источник оперативного тока под- ренин как амплитудного, TaK H СРЕдие ключен через ограничивающее сопротив- го или действующего значения оперативление параллельно выпрямителю. Конт- ного тока. Это происходит потому, что роль изоляции производится во время в процессе контроля сопротивления ауэы напряжения путем подачи в кон» утечки оперативный ток проходит в конактную сеть напряжения от источника тактнyio Сеть в те короткие промежут5 оперативного тока обратнОй пОлярнОс KH времени, когда напряжение сети имеет обратную полярность по отношению
Данное устройство обладает тем к силовому напряжению H обладает крунедостатком, что силовой вентиль; тым передним фронтом, то есть при включенный последовательно нагрузке 10 каждом измерении сопротивления утечки сети с целью выделения в нее Опера- а этой цепи происходит переходный противного тока, параллельно которойу : цесс. При этом следует отметить то подключен чувствительный орган 8 ре" обстоятельство, что емкость контакт жиме тягового тока несет полнуЮ на-:, нбй сети в процессе эксплуатации измееличину за c åò увеличения грузку контактной сети как пРи нсйи" 15 :няет свою величину за ч иальных, так и аварийных ее РежиьЮх; " йротяжности откаточных б ри этом для обеспечения нормальной также за счет подключе ж а с ет подключения или отклюработы устройства в этих услОвиях-. - ". чения ее отдельных секций. кроме того, указанный элемент собирают из нес- " емкость сети О азыв ксльких, параллельно включенных.сИ- () тавку срабатывания защитного устройловых вентилей, что требует принятия . ства в большей или мен и о ьше или меньшей мере в задостаточио сложных дополнительных мер висимости от Режима р б и о Р жима работы контактети, харак ера ее йагрузки и по выравниванию тока наг1зузки между . ной сети характера е ними, а также создания необхоДимЫХ " других факторов. В этом случае все условий охлаждения. В результате Ba- ® зависит от остаточного заряда емкосдежньсть работы устройства существен" ти перед йачалом контроля изоляции. но снижается, так как повреЖФВние.. ; Таким Образом, при изменении емкости (пробой) хотя бы одного,из Вентилей :: " контактной сети, а также в зависимосприведет к отказу работй за@итногд :. ти от режима работы и характера ее устройства. р . - . нагрузки, ВЕличина измеряемого полнокроме того, к недостаткам этих., . го оперативного тока будет также изустройств следует отнести то, что при. меняться при -неизменном значении соих использовании нагрузка питается, .... протйвления утечки сети, то есть при
ПУЛЬСИРУЮЩИМ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ. В За- " ИЗМЕНЕНЙИ ЭТИХ фаКтОРОВ будЕТ ИЗМовисимости от частоты преРываний СИ" няться и уставка раб т няться и уставка срабатывания защит-лового тока, а также в зависимости ОТ 35 його устройства чт
СООтНОШЕНИя ПРОД ЭЛжИТЕЛЬНОСтИ ййтаНИЯ снижает надежность б ого устройства, что в целом также снижает надежность работы устройстнагрузки и времейи контрсля Сопротив ва ления утечки (относительной ripoeori- -: : qaäbl0 изобре е елью изобретения является пбвышение надейности работы устройства. жнтЕЛЬНОСтн ВКЛЮЧЕНИЯ) В ДВИГатЕЙЯХ ние" наде иности боты оставленная цель достигается тем, эле ктРОВОз ОВ ВОз Йик ают бОльшие или . Щ Поставленная цель дОстиг
МЕНЬШИЕ ДОйООЛНИтЕЛЬНЫЕ ПОТЕРИ ЭЛЕКт- что известное устройство для защитРОЗНЕРГИИ. ПОЭТОМУ, ЧТОбЫ УДОВЛЕтвО- ного -Отключеии„шахтной рить условия эксплуатации двигателей посто„нного то„а ного Отключения шахтной тяговой сети постоянного тока с цикличным пре. Рыванием цепи нагрузки, содержащее электровозов и условия надежного . Рыванием цепи наг зк контроля изоляции стаРаются 4т итель- 45 источник оперативного тока йодклюиос1ь импульса силового питания ста" ноъить такой, чтобы она. не "rrP@ alra полярно и Силового управляемого выДОПУСТИМОГО ВРЕМЕНИ ПРЕбцэаННЯ ЧЕЛО- пямителя
ВЕКа ПОД СИЛОВЫМ НаПРЯжЕЙИЕМ КойтаКТ- тока выпопненн и в прямителя через датчик оперативного
so ceTB a Время контРоля Утечки щ и чувствительный орган, выполненный на реле ном элементе, выход которого, сдедать минимальным (оно Определяет<-я на релейном элементе вых д Р из услОВий достатОчной Надежности, " "соединен с цепью отключения Выклюконтроля сопротивления утечки) . 8 " : чателя сети, дополнительно снабжено мальйое Время контроля утечки Й1ждъ" : "датчиком наличия паузы в силовом пиявляет повышенные требования к чувст- танин сети, формирователем селекторвительиому органу защитного устройст- ных импульсов, вспомогательник источ« ва по" точности измерения и быстро- - ником постоянного тока и селектором действию срабатываНия . Однако при ма-: - оперативного тока, первый вход кото- . лом времени измерения сопротивления рого соедйнен с датчиком оперативноутечкй на уставку срабатыванйй "чувст- го тока, второй его вход соединен че- .. ,вительного органа Оказывает влияние ..60 рез формирователь селекторных импульемкость контактной сети, которай вно- . сов с датчиком наличия паузы s силосит погрешность Э результат измерения. вом питании сети, подключенным паралПРИ ЭТОМ чеМ меньше будЕТ ВРЕйй конт лельно сИлоэому управляемомУ выпРЯ роли сопротивлеийя утечки, тем силь- мителю, а выход селектора оперативнонее будет проявляться ее влияние, при-65 го тока соединен со входом релейного
Ь б7414 элемента, при этом входы питания ре»
4лейного элемента, селектора- оперативного тока и Формирователя селекторных импульсов подключены к выходу эспомагательного источника постоянного тока, а также тем, что селектор оперативного тока выполнен на логическом элементе И, а также тем, что датчик наличия паузы в силовом питайии сети выполнен в виде последовательно соединенных ,потенциометра и диода, а также тем) что формирователь селекторных импульcos выполнен на логическом элементе
НЕ, а также тем, что, с целью повишенин точности измерения сопротивления утечки, Формирователь селекторных импульсов выполнен в виде последовательно соединенных диФферейцирующей цепи с детектором однополярных импульсов и блока задержки с входом подключен к выходу системы управления силового выпрямителя.
На фиг. 1 и фиг. 2 изображены два варианта блокесхемы устройства.. управляющие электроды вентилей силового выпряьйтеля 1 подключены к системе управления 2. Нагрузка 3 под- 25 ключается к тяговой сети с помощью вентильного заградителя 4, s качестве которого использован обычный йеуправляЕмый вентиль. Источник оперативного тока 5 подключен через дат" 30 чик оперативного тока 6, вйполненйый в .вйце реэистора, между прямым и обратным проводом тяговой сети, В качестве источника оперативного тока может быть использован мостовой эйпрямитель,питающийся от сети перемен- ного тока. Чувствительный орган защитного устройства 7 состоит из источ,ника питания 8, выход которого соединен co входами питания Формирователя селекторных импульсов 9, селектора оператиэного тока 10 и релейного элемента ll. Первый вход селектора сщеративного-тока 10 соединен с датчй+ ком. оперативного тока б, второй его вход соединен через Формирователь се-. 45 лекторных импульсов 9 с датчикоМ на- личия паузы в силовом питании сетй
12, выполненным в виде последовательно соединенных потенциометра 13 и диода 14 и подключенным параллеЛьно 50 силовому управляемому выпрймителю 1, а выход селектора оперативного тока
10 соединен со входом релеййого эле-мента 11, выход которого соединен с системой управления 2 силового выпря 55 мителя 1, которые помимо своей осйовной функции источника питания исйользуются s качестве выключателя кон-. тактной сети. Сопротивление утечки тяговой сети (сниженное сопротивление изоляции или сопротивление тела .прикоснувшегося к контактному проводу.человека) показано в виде сопротивления 15. Распределенная емкость контактной сети показана в виде емкости 16. В качестse селектора Оаераз . 6
) тивного тока 10 может быть использован логиЧеский элемент И или ЗАПРЕТ,;
s качестве Формирователя селекторных импульсов 9 может быть использован логический элемент НЕ. Для повышения точности измерения сопротивления утечки формирователь селекторных импульсов
9 может быть выполнен в виде последовательно соединенных дифференцирующей цепи Х7 с детектором однополярных импульсов и блока задержки 18, при этом вход этого Формирователя подклюЧается к выходу системы управления 2
СИЛОВОГО ВЫПРЯмителя 1. устройство работает следующим образом.
Система управления 2 силового выпрямителя 1 осуществляет прерывистое питание управляющих электродов его вентилей. В моменты отсутствия тока
s цепях уп1 авления этих вентилей они запираются и, следовательно, источник рабочего постоянного тока также ока-. зывается запертым. При этом оперативный ток от источника. оперативного тока 5 протекает через сопротивление утечки 15 и параллельно ему через емкость контактной сети 16 (во время ее заряда) и через датчик оперативного тока б. Через нагрузку Э оперативный ток ие протекает, так как в ее цепи стоит вентильный заградитель 4.
Выделение и измерение оперативного тока ilpoH"sîäéòñÿ чувствительным органом 7. При появлении оперативного тока выше устаэки этого органа, что соответствует возникновению в контактной сети сопротивления утечки ниже допустимого"уровйя, релейный элемент
11 срабатывает и воздействует нч цепь отключения выключателя, который производит отключение питающей сети. В процессе выделения оперативного тока исполнительный релейный элемент 11, селектор оператйвного тока 10 и Формирователь селекторных импульсов 9, получая питание от вспомогательного источника постоянного тока 8, реагируют на поступающие сигналы.
Селектор оперативного тока 10, выполненный на логическом элементе И, подает на вход релейного элемента 11 сигнал управления только при наличии открывающих сигналов на обоих его входах. При этом на один его вход подается открывающий сигнал с формирователя селекторных импульсов 9, выполненного иа логическом элементе НЕ, только лишь в момент прерывания силового питания контакной сети, поскольку этот элемент преобразует поступающие на него сигналы с датчика наличия паузы в силовом питании сети 12, и на выходе его сигнал всегда противоположен входному. На второй вход селектора оперативного тока 10 постуают сигналы суммарйого напряжения силового источника 1 и оперативного источника 5 и сигналы источника оперативного тока, протекающего чеР =-7 674143 8 реэ сопротивление утечки 15(сил«о«Вой — упрощение силовой схеьы защитпреобразователь 1 и вентили 4 и 14 ного устройства за счет исключения "" в этот момент для него закрыты) . Та- иэ цепи нагрузки сети силового неуп-: ким образом, в течение действия им- равлявмого вентиля, служащего для пульса силового питанйя сети на этот выделения оперативного тока вход поступает открывающий сигнал, в — удешевление защитного устройст-- период отсутствия импульса этот car- 5 ва за счет исключения из него дорогонал также отсутствует, но при том yc- стоящего силового вентиля (блока венловйй, что в" сети нет. утечки. При тилей) с системой его охлаждения (и появлений же..сойротквления утечки на ." системой деления тока) э«той вход будет поступать открывало- . — повышение надежности работы защий сигнал и в момент прерйванкя си" )() щитного устройства при выделении. опелОзого питания сети (так как чеРез .. ративйого«тока за счет того, что надатчик опвративйого тока 5 будет про- дежноСть -работы элементов чувствйтвльтекать :оператйвный ток) . Следователь- ного органа нв зависит" се нагрузочноно, при отсутствии утечки на оба вхо- : r î режима тяговой сети да селектора операт«ивйог«о тока 10 . >5 — dos esee надежности работы за- отирьюающие сигналы поступают пооче- ЪМтного устройства эа"счет повияения рв«дйо (не совпадая во времени} и иа точности«кжтРоля сопротивлейия утвчвыходв его сигнал отсутствует. При ки сети (при" малом врвмейи ei o контПоявлен«ии же Утечкк«иа "оба его вхо- . роля), в котором емКОсть сети Ме окада (в момент прерывания сйл«о«вого "пи-: . зйвает«влияния на его уставку cyada- тания) открывающие сигнал поступают т« ывания. одноаременно и он "подает сиг«нал уп" Равления «йа"Релеййый элемент "11, ко -. торый ".срабатывает и воздействует на:, ". Формула изобрвтения цепь включения выклкйателя" ко«нт акт ной сети-, . .. "..: "- ;:.: ..:.,:,. ?5 " 1. Устройство для защитного отклю-
В случае выйолненйя форМрова«т«еля " чения шахтной тяговой сети постоянноселекторн ах импульсов 9 в виде "после- .. го тока c"цйкличным прерйванием цепи ных импульсов и блока задержки" 18 на 30 йоляр«ностью« обратйой полярности сидоего вход поступают сигналы с выхода ioio управляемого выпрямит«еля «чврвэ систем«ы управления 2, обладающие кру- датчик отйрЪтнвного тока, выполнентыми передним н задним Фронтами. ный в вйде« рез«истора, и чувствительДифференцирук щая цепь корми« р« ует" на: ный о«рга«н, в«ыполнвнный на релейном выходе импульс напряжения пропорцио- 35 экие«менте, вых«од которого соединен с нальный производной от входной вели- - ц« впаяю "отключения выключателя сети, чины сигнала, на выходе диффвренци" " о т л и ч а ю щ в е с я тем, что, с
Рующей rrerm с помощью детектора вы-: целью поВъйвния надежности работы, деляются однополярные импульсы", долу- онЬ доп«оцн«ит«ельно снабжено датчйком ченные в результате дифференцирования ", наличия паузы в силовом йитании сети, заднего Фронта импульса входного сиг- Формирователем селекторных импульсов, нала, который "определяет момент на-:. всйомогательным источником постоянчала протекания" ойеративного тока по ного тока и селектором оперативного контролируемой цепи (момент на«чала :: тока,- п«ер««выл""вход которого соединен паузы силового питания нагрузки) .,:: .. - с датчиком оперативного тока, второй
Блок задержки 18 задерживает выход 4 . вго вход соединен через Формирователь сформированного коро кого сигнала на селекторных импульсов с датчиком наврв«мй, необходимое для вго. синхро-..: лини«я пау«зы в. силовом питании сети, низацйи "с моментом окончания импульса подключенным параллельно силовому упоперативного т«ока (с моментом окон- ра«вляемоюф :выпрямителю, а выход се" чания йаузы силового питания навруз+ : 80 лектора оперативного тока соединен ки). При такой измерении ойерат«ивного . со входом релейного элемента, при тока емкость сети 16 за«ряж«аеМя««до« ;этом входы питания релейного элеменвелочйны напряжения источника ойера- " та, селектора оперативного тока и
ièàHoãî -тока s начале его импульса (в Формироватвля селекторных импульсов начале паузы силового" питания нагруэ- Я йодключейьГк выходу вспомогательного ки) и к моменту контро«ля о«неративного источника постоянного тока. тока не влияет на вго величину; то . 2. Устройство по п.l, о т л и ч а-. всть не влияет на уставку срабатыва- - ю щ е в с я тем, что селектор опера нМя Защитного устройства. " тйвного тра выполнен на логическом использование предлагаемого уст- 0 элементе и. ! ройства для защитного отключения аахтной тяговой сети постоянного тока - 3. Устройство по п.l, о т л и ч а : c цикличным прерыванием цепи нh«- руэ- io щ е е с я твм, что датчик наличия ки обеспечивает по сравненйю с из- паузы s силовом питании сети выполвестными устро«йств«авя следующие прв«ней в виде последовательно совдиненимущв«ства г ных потенциометра и диода.
Фиг. г
Состанитель Л. Васькова
Редактор д. Мепуришвили Техред И. Келемеш Корректор В. Синицкая
ЮЮ Ю ° °
Заказ 4100/52 Тираж 856 Подписное
ЦЯИИПИ; Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
У 67
4. Устройство п.п. 1 и 3, о т - л и ч а ю ш е е с .я тем, что Формирователь селекторных импульсов выпол-, нен на логическом элементе HE.
5. Устройство цо n.l о т л и ч а-ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения сопротивления утечки, формирователь селекторных импульсов выполнен в виде последовательно соединенных дифференцирую4143 10 щей цепи с детектором однополярным импульсов и блока задержки и входом подключен к выходу систеьн управления силового выпрямителя.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
Ф 280624, кл. Н 02 Н 3/16, 1967
2. Авторское свидетельство СССР
9 40211lr кл. Н 02 Н 3/16, 1970.
