Устройство для защиты тяговой сети электрифицированного транспорта от малых токов короткого замыкания и перегрузки

Устройство для защиты тяговой сети электрифицированного транспорта от малых токов короткого замыкания и перегрузки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ iii 936154

Союз Советскнк

Соцналнстнчвскнк

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22)Заявлено 25.07.80 (21) 2964791/24-07 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет

Опубликовано 15.06.82. Бюллетень № 22

Дата. опубликования описания 15.06.82 (Я)м. кл.

Н 02 Н 3/08

Зааударстааивй квинтет

СССР по делам изааратеккк к открыткй (53) УДК 621. 316. .925 (088. 8) В.В.Мосийчук и В.Ф.Костин

1 !. (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (g4) УСТРОйстВО ДлЯ зА Циты тяпзой сети

ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОГО ТРАНСПОРТА

ОТ МАЛЫХ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

И ПЕРЕГРУЗКИ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам защиты тяговых сетей электрифицированного транспорта от малых токов короткого замыкания.

Известны устройства, действующие по принципу максимальной токовой защиты (поста секционирования), потен- циальной и высокочастотной защит, устройство реагирующее на характер 10 изменения тока короткого замыкания. сП (-у- †), токовременные защиты и др."0)Недостатком данных устройств яв15 ляется то, что требуются дополнительные линии связи между устройством защитЫ устанавливаемым на перегоне, и тяговой,подстанцией; низкая надеж.ность релейно-контактных элементов иэ-за частых запусков защиты, большое количество неоправданных отключений сети при неопасных для нее кратковременных бросках тока.

Наиболее близким к изобретению является устройство в котором выполнение схемы с элементом контроля величины и продолжительности тока тяговой сети, является основным органом защиты, с помощью которого осуществляется косвенный контроль теплового состояния контактного провода. Токовременная защита основана на том, что вследствие резкоизменяющегося характера тяговых нагрузок их продолжительность, как правило, меньше допустимой продолжительности предель- ного длительного тока сети. Известное устройство интегральной токовре" менной защиты содержит, подключенный к шунту питающего фидера, блок гальванической развязки на основе магнитного усилителя, соединенный с моделирующим блоком (RC-цепочкой), который в свою очередь подключен к релейному элементу, включенному последовательно с исполнительным элементом в цепь отключения линейного быстро3 93615 дейс гвуюшего выключателя. При корот- ком замыкании или длительной перегруз. ке сигнал, снимаемый с шунта пропорциональный току сети, в блоке гальванической развязки преобразуется в напряжение, которое подается на ре.зистивно-емкостную цепочку, где уровень напряжения на конденсаторе служит показателем нагрева контактного провода, а контроль величины 1О этого напряжения по существу является контролем температуры последнего.

Превышение заданной величины напряжения на конденсаторе фиксируется срабатыванием релейного и исполнитель Б ного элементов соответственно, выдающего сигнал на отключение линейного. ,быстродействующего выключателя (2).

Недостатком известного устройства интегральной токовременной защиты является его низкая надежность вслед ствие больших погрешностей электрической модели, в основе которой лежит принцип приближенного сопоставления решений приближенного уравнения

I теплового баланса в дифференциальной форме (без учета целого ряда важных электрических и тепловых параметров, зависящих от изменения температуры провода) и дифференциаль,ного уравнения, описывающего зарядразряд пассивной RC-цепочки, из-за чего не исключен отжиг контактного провода или неиспользование его максимальной термостойкости.

Цель изобретения - повышение надеж ф5 ности функционирования системы электроснабжения путем более точной фиксации момента перегрева провода. указанная цель достигается тем, 40 что в устройст.во для защиты тяговой сети электрифицированного транспорта от малых токов короткого замыкания и перегрузки, содержащее подключенный к шунту блок гальванической развязки, связанныи с блоком электричесv „45 кой модели тепловой инерции контактно го и ров ода, выход кот орог о подключен через пороговый элемент на вход исполнительного элемента связанного с выключателем, дополнительно введены о квадратор, блок коррекции величины удельного сопротивления, теплоемкости и теплоотдачи от температуры провода и сумматор, при этом выход блока гальванической развязки подключен к входу квадратора, выход которого соединен с первым входом сумматора, а выход сумматора соединен

4 4 с входом блока электрической модели тепловой инерции контактного провода, выход которого соединен с двумя входами блока коррекции величины удельного сопротивления, теплоемкос-ти и теплоотдачи от температуры провода, на„третий вход которого подключен выход квадратора,а три выхода блока коррекции величины удельного сопротивления, теплоемкости и тепло отдачи от температуры провода соединены с тремя входами сумматора.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — структурная схема моделирования тепловых процессов в этом устройстве.

Схема устройства (фиг. 1) содердит шунт 1 †.орган контроля тока сети, блок 2 гальванической развязки, квадратор 3 сумматор 4, блок 5 электрическ6й модели тепловой инерции контактного провода, пороговый элемент б, исполнительный элемент 7, линейный быстродействующий выключатель 8, блок 9 коррекции величин удельных сопротивлений теплоемкости и теплоотдачи от температуры провода, который, в свою очередь, содержит узел 10 квадратора, узел 11 коэффициента коррекции по удельному сопротивлению провода, узел !2 дифферен-цирования, узел 13 коэффициента коррекции по теплоемкости провода, узел 14 умножения и узел 15 коэффициента корекции по теплоотдаче провода.

В основу работы устройства положен принцип моделирования уровнения теплового баланса для провода при протекании через него электрического тока

Qq(t) = Q2(t) - Q, (t), (1) где Q<(t) - мощность, выделяемая в проводе протекающим током, Q >(t) — мощность, затраченная на нагрев провода, Q (t) - мощность рассеиваемая проводом в окружающую среду.

Мгновенные значения мощностей,,входящих в уравнение (1), 0„(=1 () ц+.л:(о)р,/а; (р

4 ) =с y(! р ())/к()a< (ц

° Ц Я,) = Êî6 (1 Ф 8 Й ()) / F (4) где С вЂ” начальное значение (при

t = О С) удельной т еплоемкости провода

54 б ления о на величину )od+(пропор

)о циональную температуре провода й. О Ь) = () р./ ; (ь)

sf„() = j (а)р,.п; М/,()

Напряжение О (t), является основ„9io ! а ной компонентой на входе сумматора 4,. оно преобразуется линейно в основную составляющую выходного напряжения UQ t), пропорционального эквивалентной мощности О. о(1) - составляющей мощности Q4 (t) . Q<(t) - сумматорная мгновенная мощность, накапливаемая в проводе и рассеиваемая им в окружающую среду а,,() = а,() + Q,(t). (8)

Ее слагаемые так же как и Q< (t), можно представить двумя компонентами

Qg(t) = Q,,()+ Q (t), (9) учитывающими начальные значения коэф" фициентов теплоемкости и теплоотдачи .

94 (t) @2 (:)+3@5о® . (О) гдов и з(3) и (4)

5Qg(4) — 5Qg ®+ Qg(4), ((3) где из (3) и (4)

dQ (t) =C,g)T(4)d(c(tl))dt, («! ьЯ;®= об Г - ®3 JF, ((5)

Полный баланс тепловой мощности, имеющий место в проводе при протекании через него тока, в соответствии с (1) - (4) представляется дифференциальным уравнением с ь д М)р(М= И.) (И4х()-" — (<

Решение этого уравнения относитель-. но температуры провода моделируется структурной схемой (фиг. 2);

Напряжение U< (t) выхода сумматора поступает на рход блока,электрической модели тепловой инерции, реализирующего уравнение .() Ю= — U (+-). М

С к Н Y5 <4

Выходное напряжение 01- (1) посту.+ .пает на первый вход блока коррекции величин удельных сопротивлений,,теплоемкости и теплоотдачи от температуры провода. Здесь после возведения

5 9361 коэффициент чувствительности удельной теплоемкости провода к изменению его температуры P =.t)C /д Г удельный вес провода 5 текущее изменение температуры провода, вызванное протекающим током, относительно начальной О С, 10 оператор дифференцирования, 3 т()55

1(1)- мгновенное значение тока в . проводе;

P начальное значение удельноо

ro сопротивления провода/при 15

Оос/, .S - площадь поперечного сечения провода, - коэффициент чувствительности удельного сопротивления про- gg вода к изменению его температуры (с(= ф /Д Г );

К - коэффициент удельной теплоо О отдачи провода. при 0 С, F — площадь поверхности излучения провода, Е - коэффициент чувствительности коэффициента удельной теплоотдачи провода к изменению

его температуры (Е =ос К о(о ). ЗО

Устройство работаетс следующим образом,.

В рабочем режиме тяговой сети, включен. линейный выключатель 8, через шунт 1 протекает полный ток сети, с его зажимов снимается пропорциональное току напряжение Ц (Т). и подается . на. вход 3 гальванической развязки.

С выходных зажимов этого блока, изолированных от входных, напряжение U<(t)

Иощность Q (t) есть первое слагае- .

<о мое выражение 2, представленного в виде, Q„(t) =.Q®(t)+ aQ„(t) (5) и характеризует. ту часть мощности, которая. выделяется в проводе при неизменном (начальном) значении ) второе слагаемое этого выражения

Щ (t) характеризует дополнитель1 ную часть выделяемой мощности, выз ванную изменением удельного сопротив936154 в квадратор в узле 1О напряжение с первого выхода линейно преобразуется в блоке 11 с коэффициентом

К ЕК S/F

5 формируя напряжение ьО (t), пропорциональное компаненте дч (t) (15) поступающее на второй вход сумматора 4. Со второго выхода узла 10 напряжение поступает на дифференцирую- to щий узел 12 после чего линейно преобразуется узлом 13 с коэффициентом

К, -1/ (1 P <> ) Co j в, напряжение, Ь О (t) приближено но (с погрешностью в пределах 5 ) соответствующее компоненте Ь + (t) (14) .

3То напряжение поступает на третий вход сумматора 4.

Напряжение О - (й), поступающее на второй вход блока 9, умножается в узле 14 на выходной сигнал квадратора 3 после чего поступает на вход узла 15, выполняющего масштабирование входного напряжения с коэффициентом

К - * о 8 результате этих" преобразований зо обеспечивается соответствие выход.ного напряжения узла 15k, О@„ (t) составляющей фЯ g (7), 3TQ напряжение поступает на четвертый вход сумматора 4.

За счет наличия на входе сумматора 4 напряжений, пропорциональных всем компонентам мощностей, входящих в уравнение баланса мощности для провода, находящегося под током,выходное напряжение его, поданное на блок 5 электрической модели тепловой ,инерции провода, позволяет получить на его выходе напряжениЕ, в значительной степени .соответствующее реальной температуре провода, чем это имело место в устройстве прототипа.

При вознцкновении в защищаемой сети длительного тока перегрузки напрЯжение U (t} на выходе блока 5 изменяется постепенно .нарастая в соответствии с инерционностью провода.

При достижении U (t) предельно допус-. тимой величины, заданной уставкой срабатывания релейного блока 6, произойдет. его срабатывание, формируется ре- >> лейный сигнал u<(t) приводящий в действие исполнительный элемент 7, воздействующий на линейный Цыстродействующий выключат ель 8, который прои зведет защитное отключение сети.

Использование новых элементовквадратора и блока коррекции величин удельного сопротивления, теплоемкости и теплоотдачи от температуры провода и связей между ними выгодно отличает данное устройство защиты тяговой сети электрифицированного транспорта от известных устройств, так так значительно уменьшается составляющая погрешности, обусловленная изменением -тепловых параметров провода от его температуры. В результате повышается надежность защиты тяговой сети от малых токов короткого замыкания и перегрузок, что приводит, в конечном итоге, к увеличению срока службы дорогостоящего медного контакт чго провода и улучшению качества электроснабжения в целом.

Формула изобретения

Устройство для защиты тяговой сети электрифицированного транспорта от малых токов короткого замыкания и перегрузки, содержащее подключенный к шунту блок гальванической раз вязки, связанный с блоком электрической модели тепловой инерции контактного провода, выход которого включен через пороговый элемент на вход исполнительного элемента, связанного с выключателем, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности путем более точной фиксации момента перегрева провода,в него дополнительно введены квадратор, блок коррекции величины удельного сопротивления, теплоемкости и теплоотдачи от температуры провода и сумматор, при этом выход блока гальванической развязки подключен к входу квадратора, выход которого соединен с первым входом сумматора, а выход сумматора соединен с входом блока электрической модели тепловой инерции контакт.ного провода, выход которого соединен с двумя входами блока коррекции, величины удельного сопротивления, теплоемкости и теплоотдачи от температуры провода, на третий вход которого подключен выход квадратора, а три выхода блока коррекции величины удельного сопротивления, теплоемкости и теплоотдачи от температуры провода соединены с тремя входами сумматора.

936154

ВНИИПИ . Заказ 4234/62 Тираж 669 Подписное

Филиал flllll "Патент", г. Ужгород,. ул. Проектная, 4. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кучма К .Г. и др. Защита от токов короткого замыкания в контактной сети. И., Трансжелдориздат, 1960.

2. финкельштейн Б.С. и др. Защита тяговых сетей городского электротранспорта от малых токов короткого замыкания. "Электротехника, Ю 10, s с.50-53, 1971.