Способ формирования импульсного цикличного питания нагрузки секционированной контактной сети с контролем сопротивления утечки

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Соцнапнстнчесмнк

Республик ()882791 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 09. 07. 79 (21) 2794002/24-07 с присоеаннением заявки М (23) Приоритет (51) M. Кл.

В 60 M 3/00

Н 02 Н 3/16

Ркуаеротееииый комитет

СССР

40 делен изобретеиий и открытий

Опубликовано 23.11.81. Бюллетень РВ 43

Дата опубликования описания 25. 1 1. 81 (53) УДК 621. 316. .925(088.8) (72) Автор изобретения

А.Г. Животовский

Нсесоюзный научно-нсследоеательскь1д,.институт Оезопасиости труда в горнорудной промьппленности (71) Заявитель (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ЦИКЛИЧНОГО

ПИТАНИЯ НАГРУЗКИ СЕКЦИОНИРОВАННОЙ КОНТАКТНОЙ

СЕТИ С КОНТРОЛЕМ СОПРОТИВЛЕНИЯ УТЕЧКИ

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системе защиты от утечек тока шахтной контактной сети электровозного транспорта с периодическим 1цикличным} прерыванием цепи нагрузки.

Известен способ питания нагрузки контактной сети постоянного тока с контролем сопротивления утечки, основанный на цикличном формировании импульсов тока и бестоковых пауз (1) .

K недостаткам этого способа относится наличие крутого переднего фронта импульсов силового тока сети, содержащих повьппенный спектр высокочастотных гармонических составляющих, что вносит повьппенные помехи для средств связи, кроме того, боль" шие скорости нарастания напряжения и тока в питании сети создают значительные нескомпенсированные импульсы магнитных и электрических полей, которые в свою очередь наводят ЭДС в жилах кабелей другого подземного электрооборудования, проложенных вбли зи элементов силовой цепи тока контактной сети. Наводимые ЭДС являются не только опасными с точки зрения требований электробезопасности, но .и опасными с .точки зрения ложных срабатываний элементов цепей управления, контроля и защиты электрообору10 дования, особенно полупроводниковых приборов (транзисторов, тиристоров, динисторов и др.). Надежность работы управляемых полупроводниковых вентилей, входящих в состав электрооборудо

15 вания сети, в режиме отпирания их для тока с высокой скоростью его на" растания зависит от скорости насыщения управляющих переходов, которая, в свою очередь, зависит от крутизны

20 и величины амплитуды импульса тока у управления. Однако скорость насыщения управляющего перехода ограничена рядом факторов величиной площа882791 кости и ее влияние на уставку срабатывания значительно уменьшается по сравнению с влиянием емкости всей сети, и, кроме того, по аналогичным причинам, есть возможность для повышения уровня минимально допустимого значения сопротивления изоляции сети) .

К недостаткам этого способа относится то, что для его реализации необходимо формирование импульсов силового тока на каждой секции сети, ри этом производится двойное преобразование электрической энергии — преобразование переменного тока в постоянный на шинах сети (или на магистральной секции), а затем преобразование постоянного тока в импульсный с крутым передним и задним фронтом

2О его импульсов на отходящих секциях сети. Кроме того, при реализации способа нельзя выполнить защиту от утечек тока на шинах сети (или на магистральной секции), Все это снижает надежность и кади управляющего перехода, его объемным сопротивлением и др.) и увеличение тока управления выше 1,5-2А уже не оказывает заметного влияния на увеличение ширины первоначально включенной эоны управляюющего перехода ти ристора. Таким образом, даже при максимальных значениях тока управления необходимо ограничение скорости нарастания прямого тока не только .критического значения, но и ограничения токов больших некоторого уровня, при котором эффект скорости нарастания силового тока никак не влияет на ресурс прибора, но приводит к повреждению, которое носит усталостный характер и в результате чего происходит повреждение его управляющего перехода и вентиль теряет запирающее свойство.

Все это снижает надежность и качество питания сети с контролем сопротивления утечки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ формирования импульсного цикличного питания нагрузки секционированной контактной сети с контролем сопротивления утечки, основанный на преобразовании переменного тока в постоянный и создании в нем конт

ЗО рольных бестоковых пауз путем уосекционного прерывания питания сети и разделения ее на отдельные изолированные друг от друга секции (21.

Использование этого способа в системе защиты от утечек тока позволяет повысить надежность работы защиты за счет разделения сети на ряд изолированных друг от друга секций и измерения величины сопротивления утечки на каждой секции независимо от других. О

Это объясняется тем, что при реализации этого способа есть возможность обеспечения селективности отключения секции сети на которой возникло недопустимое сопротивление утечки без отключения неповрежденных секций.

Кроме того, в условиях раздельного контроля сопротивления утечки на каждой секций отдельным защитным устройством, облегчается работа защиты за 5О счет того, что суммарная величина сопротивления изоляции и емкости сети также разделяются секционными выключателями, и, следовательно, облегчаются условия контроля сопротивления 55 утечки в целом (поскольку для каждого отдельного защитного устройства на каждой секции с»гп всличина емчество питания сети с контролем сопротивления утечки.

Цель изобретения — повышение надежности и качес âà питания.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу питания нагрузки секционированной контактной сети постоянного тока с контролем сопротивления у"..ечки, основанному на преобразовании переменного тока и создании контрольных бестокозых пауз путем посекционного прерывания питания сети и разделения ее на отдельнь1е изолированные цруг оТ 1 у а cpêöHè, переменный ток преобразуют в циклич ый импульсный путем формирования импульса с синусоидальным передним и задним фронтом при помощи раздельной коммутации фаз силового питания, а упо-. мянутое разделение сети производят синхронного с началом бестоковой паузы,, при этом длительность разделения обеспечивают равной длительности бестоковой паузы, На чертеже изображена блок-схема питания сети с контролем сопротивления утечки, реализующей данный способ, Управляющие электроды вентилей управляемого преобразователя постоянного тока 1 подключены к системе 2 питания управляющих электродов тягового преобразователя. Нагрузка 3 и 4

882791 подключается к секциям 5, 6 и 7 контактного провода сети (нагрузка на секции 7 и ее выключатель не показаны) с помощью вентильных заградителей

8 и 9, в качестве которых использованы обычные неуправляемые вентили.

Секция 6 контактного провода подключена к магистральной секции 5 через секционный выключатель 10 управляющие электроды вентилей которого подключены к системе ll питания управляющих электродов, вход которой подключен к датчику !2 силового питания, который, в свою очередь, подключен к сети через вентильный заградитель

13. Защитные устройства 14 и 15 подключены между прямыми и обратными проводами секций тяговой сети и выходы их соединены соответственно с системой 2 питания управляющих электродов тягового преобразователя и системой 11 секционного выключателя 10.

Сопротивление утечки секции контактной сети (сниженное сопротивление изоляции или сопротивление тела прикоснувшегося к контактному проводу человека) показано в виде сопротивления 16. Распределенная емкость секции контактной сети показана в виде емкости 17. Источники 18 оперативного тока защитных устройств 14 и 15 подключены через датчики 19 оперативного тока между прямыми и обратными проводами контактной сети. Чувствительный орган отдельного защитного устройства состоит из источника 20 питания, выход которого соединен со входами питания формирователя 21 селекторных импульсов, селектора 22 оперативного тока и релейного элемента 23. Первый вход селектора 22 оперативного тока соединен с датчиком 19 оперативного тока, второй его вход соединен через формирователь 21 селекторных импульсов с датчиком наличия паузы в силовом питании сети, в качестве которого используется система 2 питания управляющих электродов (или 1).

Работа осуществляется следующим образом.

Система 2 управления силового выпрямителя 1 осуществляет цикличное прерывистое питание управляющих электродов его вентилей, в моменты отсутствия тока в цепях управления этих вентилей они запираются и, следовательно, источник рабочего постоянного тока также оказывается запертым.

Таким образом производится форми рование цикличного прерывистого электроснабжения контактной сети. Причем формирование силовых импульсов напряжения для цикличного прерывистого электроснабжения контактной сети осуществляется с синусоидальным передним и задним фронтом этих импульсов.

Это достигается тем, что во время

1Е формирования импульса система 2 управления обеспечивает подачу управляющих сигналов на управляющие электроды первой проводящей пары венти лей силового преобразователя 1 в момент начального нулевого значения открывающей полуволны напряжения питающей сети переменного тока, а подача управляющих сигналов на управляющие электроды остальных вентилей

2Е силового преобразователя осуществляется с начальной задержкой времени— до момента когда угол проводимости первой проводящей пары достигнет значения угла естесT âåííîé коммутации вентилей. Таким образом, в начальный момент формирования импульса силово-. го напряжения проводит ток только одна, первая проводящая пара вентилей силового преобразователя, а осталь30 ные его вентили остаются закрытыми.

Поскольку первая проводящая пара вентилей проводит ток с нулевого значения фазы напряжения питающей пары переменного тока, то и напряжение на выходе преобразователя имеет синусоидальную форму. После истечения процесса формирования синусоидального переднего фронта импульса сигналы управления подаются на управляющие .

4Q электроды остальных вентилей преобразователя по обычным принципам управления вентильными преобразователями, однако отпирание вентилей производится в моменты их естественной коммутации. После снятия сигналов управления с преобразователя последняя проводящая пара его вентилей проводит ток до момента перехода тока питающей сети через нулевое значение и запи50

О рается при уменьшении этого тока, ниже значения тока удержания тиристоров этой пары, при этом напряжение (задний фронт импульса) на выходе преобразователя также имеет синусоидальную форму.

Силовое импульсное напряжение сети поступает на нагрузку 4 се*ции 6 контактного провода через секционный выключатель 10. 11ри этом открывание

882791

16

20 и закрывание вентилей этого выключателя производится от системы 11 питающих электродов по команде дат" чика 12 силового напряжения. Таким образом, открытое и закрытое состояние вентилей секционного выключателя

l0 синхронизировано с аналогичным состоянием силового преобразователя 1, который осуществляет прерывание силового тока, а секционный выключатель при этом несет только функцию разделения сети на изолированные друг от друга секции во время контроля сопротивления утечки и блокирования подачи силового напряжения на секцию по сигналу защитного устройства 15, которое срабатывает при возникновении на секции недопустимого значения сопротивления 16 утечки. При этом электроснабжение потребителей на секциях 5 и 7 контактного провода не прекращается. В процессе контроля сопро" тивления утечки защитными устройствами 14 и 15 оперативный ток от оперативных источников 18 протекает через сопротивление 16 утечки и параллельно ему через емкость 17 секции контактной сети и через датчик 19 оперативного тока. Через нагрузку 3 и 4, а также через датчик 12 напряжения оперативный ток не протекает, 1оскольку в их цепи стоят вентильные заградители 8, 9 и 13. Выделение и измерение оперативного тока производится чувствительным органом защитных устройств, В процессе выделения оперативного тока исполнительный релейный элемент 23, селектор 22 оперативного тока и формирователь 21 селекторных импульсов, получая питание от вспомогательного источника 20, реагируют на поступающие сигналы. Селектор 22 оперативного тока, выполненный на логическом элементе И, подает на вход релейного элемента 23 сигнал управления только при наличии открывающих сигналов на обоих его входах.

При этом на один его вход подается открывающий сигнал с формирователя

21 селекторных импульсов, выполненного в виде последовательно соединенньм дифференцирующей цепи с детектором однополярных импульсов и блока зазадержки, — на его вход поступают сигналы с системы 2 (или 11) управления с крутым передним и эаднимфронтом. Дифференцирующая цепь формирует на выходе импульс напряжения пропорциональный производной от входной ве8 личины сигнала. На выходе дифференцирующей цепи с помощью детектора выделяются однополярные импульсы, полученные в результате дифференцирования крутого фронта импульса входного сигнала, который определяет момент начала протекания оперативного тока по контролируемой цепи (момент начала паузы силового питания нагрузки).

Блок задержки задерживает выход сформированного короткого сигнала на время, необходимое для его синхрониз:ции с моментом окончания импульса: оперативного тока <с моментом окончания паузы силового питания нагрузки) (эта синхронизация необходима для того, чтобы емкость сети 17 зарядить до величины напряжения источника оперативного тока в начале паузы сило= вого питания нагрузки к моменту контроля оперативного тока, т.е. исклю чить влияние ее на уставку срабатывания защитного устройства). у На второй вход селектора 22 оперативного тока поступают сигналы суммарного напряжения от силового источника 1 и оперативного источника 18, содержащие, в момент прерывания силового питания сети сигналы источника оперативного тока, протекающего через сопротивление утечки 16, так как силовой преобразователь 1, секционный выключатель 10, и вентили 8, 9 и 13, в этот момент для него закрыты. Та3) ким образом на этот вход поступает открывающий сигнал на протяжении импульса силового питания сети, а в момент его прерывания этот сигнал

46 отсутствует при условии, что в сети нет утечки. При появлении же утечки на этот вход будет поступать открывающий сигнал и в момент прерывания силового питания сети (т.к. через датчик оперативного тока 19 будет протекать оперативный ток).

Следовательно, при отсутствии утечки на оба входа селектора 22 оперативного тока открывающие сигналы поступают поочередно (не совпадая во времени) и на выходе его сигнал

50 отсутствует. При появлении же утечки на оба его входа (в момент нрерывания силового питания) открывающие сигналы поступают одновременно и он подает сигнал управления на релейный элемент 23, который срабатывает и воздействует на цепь отключения выключателя контактной сети.

9 8827

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества: а).повышение надежности питания сети эа счет исключения трудностей по отключению токов перегрузки и короткого замыкания, а также повышается надежность питания сети эа счет снижения скорости нарастания импульсов силового тока, которое достигает- Ы ся формированием импульса силового напряжения с синусоидальным передним и задним фронтом при помощи раздельной коммутации фаз силового питания, а также за счет снижения требо-

91 )О другого подземного электрооборудова" ния, цепи которого располагаются в непосредственной близости с цепью силового тока контактной сети.

Формула изобретения

Способ формирования импульсного цикличногО питания нагрузки секционированной контактной сети с контролем сопротивления утечки, основанный на преобразовании переменного тока и создании контрольных бестоковых пауз путем посекционного прерывания питания сети и разделения ее на отдельные изолированные друг от друга секции, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повьипения надежности и качества питания, переменный ток преобразуют в цикличный импульсный путем формирования импульса с синусоидальным передним и задним фронтом при помощи раздельной коммутации фаз силового питания, а упомянутое разделение сети произ водят синхронно с началом бестоковой паузы, при этом длительность разделения обеспечивают равной длительнос ти бестоковой паузы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

1) - 674)43, кл. Н 02 Н 3/16, 1976.

2. Отчет о НИР "Испытание и внедрение аппаратуры защиты от поражения электрическим током в шахтных тяговых сетях". Пермский политехнический институт, инв. N Б 656184, с. 19-24, рис. Зб.

882791

Составитель Л. Васькова

Редактор С. Патрушева Техрел И, Нинц Корректор И. Пожо >

Заказ 10067/18 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Раушская наб. л. 4 5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4