Устройство для защиты контактной сетипеременного toka ot замыканий ha землю

 

ОПИСАНИЕ.ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕЯЛЬСТВУ

Сеюз Сеаетских

Сет4иалистических

Реса облик

1851598 (в l ) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 201179 (21) 2842245/24-07

@Ц . Кл.З

Н 02 Н 3/16

Н 02 Н 3/38 (8 60 И 3/00) с присоединением заявки М

ГосударствемкнЯ комитет

СССР по делам нзобветеккЯ и отквытвЯ (23) Приоритет

Опубликовано 3007.81. Бюллетень 149 28

Дата опубликования описания Зц0781 (53) УДК 621. 316.

° 925(088.8) (72} Авторы изобретения

1 !

В.И.Гаммель, В.А.Зорин и Ю.Г.Макаренко

3 . :. . :- . - ) " - .

Новосибирское проектно-технологичр6Йое бюро,Всесоюзн го государственного научно-исследовательского и проект ого института "ВНИИПроект,электрюмонтаж".(71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ КОНТАКТНОЙ СЕТИ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ОТ ЗАМЫКАНИИ HA ЗЕМЛЮ

Изобретение относится к релейной защите и предназначено для обнаружения токов замыканий на грунт в контактных сетях переменного тока электрических железных. дорог.

Известно устройство для защиты и управления фидером контактной сети электрических железных дорог переменного тока, содержащее датчик угла с фильтрами напряжения и тока, подключенными соответственно к измерительным трансформаторам напряжения и тока, соединенными соответственно с 15 усилителями-ограничителями напряжения и тока, формирующими прямоугольные импульсы, совпадающие по фазе с полуволнами синусоид напряжения (О-180о ) и тока (0-180 ), и исполни- 20 тельный орган. При замыканиях на землю, например, в случаях падений контактных проводов на грунт возможны токи замыканий значительно меньшие, чем при замыканиях на рельс,. а углы сдвига фаз напряжения и тока при этом могут быть меньше минимально возможных при нагрузке и могут быть как положительными, так и отрицательными 1 ) . 30

Однако таким устройством подобные режимы замыканий обнаружить невозможно °

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для защиты контактной сети переменного тока от замыканий на землю содержащее датчик угла сдвига с фильтрами напряжения и тока, подключенными входами соответственно к измерительным трансформаторам напряжения и тока, а выходами соединенными соответственно с усилителями-ограничителями напряжения и тока, формирующими прямоугольные импульсы сов падающие по фазе с полуволнами синусоид напряжения (О-180 > и тока (0-180е), и исполнительный орган, причем датчик дополнительно снабжен логинеским блоком на двух инверторах и двухвходовом элементе совпадения, один вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя напряжения, другой — с выходом инвертора, соединенного входом с выходом усилителяограничители тока, а выход элемента совпадения - со входом второго инвертора, выход которого является выходом датчика и соединен с одним входом блока сравнения, другой вход которого

851598 соединен с источником опорного напряжения, а третий — со схемой узла блокировки по минимальному току, вход которого соединен с выходом фильтра тока,:при этом выход блока сравнения соединен с исполнительным органом (2 J.

Недостаток устройства. состоит в ,ненадежности узла блокировки по ми .нимальному току, содержащего,как правило, одно-или двухполупериодную схему выпрямления и схему сравнения вып- !О рямленного напряжения с опорным, и в низкой устойчивости от бросков тока намагничивания.

Цель изобретения — повышение надежности блокировки по минимальному току и повышение устойчивости устройства от бросков токов намагничивания.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее измерительный трансформатор напряжения, измерительный трансформатор тока, выход которого подключен к первому входу датчика угла сдвига фаз кривых напряжений и тока с первым усилите- Q5 лем-ограничителем тока, формирующим .прямоугольные положительные импульсы, совпадающие с полуволной (0-1800) кривой тока и с двумя инверторами, вход одного из которых соединен с вы-. ЗО ходом первого усилителя-ограничителя тока, причем выход указанного датчика подключен к первому входу блока сравнения углов, второй вход котороГО сОединен с движкОМ пОтенциОметра 35 установки опорного напряжения, один вывод потенциометра соединен с общим зажимом, выход блока сравнения углов подключен к исполнительному органу отключения линии, введены вспомогательный трансформатор и выпрямитель на двух диодах, а упомянутый датчик угла сдвига фаэ снабжен вторйм усилителем-ограничителем тока, формирующим прямоугольные положительные импульсы, совпадающие с полуволной 45 (О-180 )кривой тока, сдвоенным потенциометром с источником положительного и отрицательного напряжений смещений,четырьмя диодами, четырьмя формирующими блоками и узлом алгебраи- 5О ческого сложения на четырех резисторах, при этом измерительный трансформатор напряжения соединен с началом первичной обмотки вспомогательного трансформатора, начало первой вторичной обмотки соединено с катодом первого диода выпрямителя и вторым входом указанного датчика, угла сдвига фаз, конец второй вторичной обмотки соединен с катодом второго диода выпрямителя и третьим входом датчи- 40 ка угла сдвига фаз, аноды диодов соединены со вторым выводом потенциометра, причем конец первичной, конец первой вторичной и начало второй вторичной обмоток соединены с общим 45 зажимом, а второй усилитель-ограничитель тока упомянутого датчика угла сдвига фаз подключен первым входом к измерительному трансформатору тока, вторые входы обоих усилителей-ограничителей тока соединены с соответствующими движками сдвоенного потенциометра, два идентичных вывода . которого соединены с общим зажимом, а два других вывода — с источниками положительного и отрицательного напряжений смещений, причем аноды первого и второго диодов датчика угла сдвига фаз связаны со вторым, а аноды третьего и четвертого диодов с третьим входами датчика угла сдвига фаз соответственно, первые входы первого и второго формирующих блоков соединены с катодами первого и второго диодов датчика угла сдвига фаз, первые входы третьего и четвертого; формирующих блоков, связаны с катодами третьего и четвертого диодов датчика угла сдвига фаз, второй вход первого формирующего блока соединен сс входом первого инвертора, выход второго усилителя-ограничителя и второй вход второго формирующего блока соединены со входом второго инвертора, выходы первого и второго инверторов — co вторыми входами третьего и четвертого формирующих блоков, выходы всех формирующих блоков подключены к выводам соответствующих резисторов узла алгебраического сложения, другие выводы которых объединены и являются выходом датчика угла сдвига фаз.

Величины напряжений смещений определяются требуемыми значениями угла отсечки и тока отсечки.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства, на фиг.2 — 3 временные диаграммы работы устройства в рабочем и аварийном режимах, на фиг.4 — зона работы устройства; на фиг.5 — принципиальная электрическая схема формирующего блока.

Устройство состоит из вспомогательного трансформатора 1, двухполупериодного выпрямителя 2, потенциометра 3 установки Опорного" напряжения, соответствующего учетверенному углу отсечки, датчика 4 угла сдвига фаз кривых напряжения и тока, блока 5 сравнения углов, исполнительного органа 6, Датчик 4 угла содержит диоды 7-10 выделения вспомогательных полуволн, усилитель-ограничитель 11 тока с отрицательным напряжением смещения, усилитель-ограничитель 12 тока с положительным напряжением смещения, сдвоенный потенциометр установки напряжений смещений, содержащий потенциометры 13 и 14, формирующие блоки

15-18 с выходными сигналами, одна четвертая часть суммы площадей кото851598 рых соответствует текущему углу сдвига кривых напряжений и тока, инверторы 19 и 20, узел 21 алгебраического сложения, содержащий четыре. .резистора.

На фиг.2 и 3 показаны кривые напряжения и тока линии, отрицательное и положительное напряжения смещений, вспомогательные положительные полуволны, текущие углы сдвига положительной и отрицательной полуволн тока с учетом напряжения смещения, сигналы, соответствующие углам сдвига с учетом напряжений смещений, опорное напряжение, соответствующее учетверенному углу отсечки.

На фиг.4 показаны зона работы уст- 1э ройства, граница зоны работы, граница максимально возможной зоны работы при токе отсечки, равном нулю. устройство работает следующим образом. 20

На первичную обмотку вспомогательного трансформатора 1 поступает сигнал с иэмерительного трансформатора . напряжения. Со вторичных обмоток трансформатора 1 напряжения поступа ют в датчик 4 угла и на выпрямитель

2, формирующий опорное напряжение.

С выпрямителя 2 опорного напряжения поступает на потенциометр 3 установки угла отсечки, а с движка потенциометра 3 на вход блока 5 сравнения углов.

Сигнал с измерительного трансформатора тока поступает на входы усилителей-ограничителей 11 и 12. На два других входа усилителей-ограничителей 11 и 12 с потенциометров 14 и 13 поступают отрицательное и положительное напряжение смещений соответственно.

Управляющие сигналы с выходов уси- 40 лителей-ограничителей 11 и 12 поступают на блоки 15 и 16 непосредственно и через инверторы 19 и 20 иа блоки 17 и 18. Блоки 15 и 18 формируют иэ полуволн вспомогательного напря- 45 жения,выделяемых диодами 7-10 их части соответствующие текущим углом сдвига кривых напряжения и тока. Сигналы с выходов блоков 15-18 поступают на узел 21 алгебраического сложения, а с последнего суммарный сигнал поступает на блок 5, который сравнивает текущий угол сдвига с углом отсечки.

Если текущий угол меньше угла отсечки, фиксируется аварийный режим, а с выхода схемы сравнения поступает сигнал на исполнительный орган б отключения линии.

Величины напряжений смещений определяются уровнем помех и вычисляются по формуле 60

О „сщ— - U ь п бгс г2 где О „- напряжение, снимаемое с шунта, подключенного к измерительному трансформатору тока; 65. Ф - уставка угла отсечки.

Напряжение О 1„ вычисляется по формуле кт3отс "мь где Зотс уставка тока отсечки линии А; коэффициент трансформации измерительного трансформатора тока, щ- сопротивление шунта, Ом.

Защита от помех работает следующим образом.

После наложения напряжений смещений на кривую тока (фиг.3) одна четвертач часть суммы текущих углов будет больше одной четвертой части установки угла отсечки, если текущее значение тока (или действующей вместо него помехи) меньше уставки тока отсечки, что соответствует безаварийному (рабочему) режиму.

Появление ложного сигнала отключения контактной сети при бросках токов намагничивания тяговых трансформаторов локомотивов исключается тем, что одна четвертая часть суммы теку" щих углов за период близка и стремится к 90 эл., в то время как одна четвертая часть уставки угла отсечки по теоретическим расчетам не может превышать 32 эл. о

На фиг.4 заштрихована зона работы устройства. Граница этой зоны определяется током отсечки и углом отсечки и строится по формуле со< Ч отс

= argo

%ТЕК- . Чотс,1И сЪ

caw arcci n — — — танк где До — уставка тока отсечки, А, y — уставка угла отсечки, град,эл„ отс

3 е„- текущее значение тока линии, А; текущее значение угла сдвига, град. эл.

В предлагаемом устройстве повышается надежность блокировки по минимальному току. Кроме того, введение двух разнополярных напряжений смещений позволяет повысить устойчивость устройства от бросков токов Намагничивания без введения дополнительных узлов, что выгодно отличает предлагаемое от известных устройств аналогичного назначения.

Формула изобретения

Устройство -для защиты контактной сети переменного, тока от замыканий на землю, содержащее .измерительный трансформатор напряжения, измерительный трансформатор тока, выход которого подключен к первому входу датчика угла сдвига фаз кривых напряжения и тока с первым усилителем-ограничителем тока, формирующим прямо851598 угольные положительные импульсы, совпадающие с полуволной (О-180 ) кривой тока, и с двумя инверторами, вход одного из которых соединен с выходом первого усилителя-ограничителя тока, потЬнциометр установки любой полярности спорного напряжения, причем вывод датчика и движок потенциометра соединены с соответствующими входа:ми блока сравнения углов, выход которого подключен к исполнительному органу отключения линии,а один вывод по- © тенциометра соединен с общим зажимом, о т л: и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности блокировки по минимальному току и повышения устойчивости от бросков токов намаг-,!5 ничивания, в него введены вспомогательный трансформатор и выпрямитель. на двух диодах, а упомянутый дат-. чик угла сдвига фаз снабжен вторьм усилителем-ограничителем тока, фор- ;щ мирующим прямоугольные положительные импульсы, совпадающие с полуволной (О-180 j кривой тока, сдвоен ным потенциометром с источниками положительного и отрицательного напряжений смещений, четырьмя диодами, четырьмя формирующими блоками и узлом алгебраического сложения на че- тырех резисторах,при этом измерительный трансформатор напряжения соединен с началом первичной обмотки вспомогательного трансформатора, начало первой вторичной обмотки соединено .с катодом первого диода выпрямителя и вторым входом--указанного датчика. угла сдвига фаэ, конец второй вторик- И ной обмотки соединен с-:катодом второго диода выпрямителя и третьим входом датчика угла сдвига фаэ, аноды диодов соединены со вторым выводом потенциометра,причем конец первич- 4р ной, конец первой вторичной и начало: второй вторичной обмоток соединены с общим зажимом, а второй усилительограничитель тока упомянутого датчика угла сдвига подключен первым входом к измерительному трансформатору тока, вторые входы обоих усилителейограничителей тока соединены с соответствующими движками сдвоенного потенциометра, два идентичных вывода которого соединены с общим зажимом, а два других вывода соединены с источниками положительного и отрицательного напряжений смещений, приМем аноды первого и второго диодов датчика угла сдвига фаз соединены со вторым, .а аноды третьего и четвертого диодов с третьим входом датчика угла сдвига фаз соответственно, первые входы первого и второго формирующих блоков соединены с катодами первого.и второго диодов, первые входы третьего и четвертого формирующих блоков соединены с катодами третьего и четвертого диодов датчика угла сдвига фаэ, второй вход первого формирующего блока соединен со входом первого инвертора, выход второго усилителя-ограничителя и второй вход второго Формирующего блока соединены со входом второго инвертора, выходы первого и второго инверторов соединены со вторыми входами третьего и четвертого формирующих блоков, выходы всех формирующих блоков подключены к выводам соответствующих резисторов узла алгебраического сложения, другие выводы которых объединены и являются выходом датчика угла сдвига фаз.

I

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 163254, кл. H 01 H 83/18, 1963 °

2. Авторское свидетельство СССР йо заявке В 2576781/24-07, кл. Н 02 Н 3/16, 1978.

851598

Составитель Л.Васькова

Техред A. Бабинец Корректор H Бабинец

Редактор Н.Безродная

Подписное

Филиал ППП "Патент", в.ужвород, ул.Проектная,4

Заказ 6379/79 Тираж 675

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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