Устройство для защиты контактной сети переменного тока от замыкания на землю

Устройство для защиты контактной сети переменного тока от замыкания на землю

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 0412.80 (21) 3211947/24-07 (53) М. Кп.з с присоединением заявки ¹â€”

Н 02 Н 3/16

Н 02 Н 3/38

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (53) УДК 621 ° 316 . .925 (088.8) Опубликовано 301082. Бюллетень № 40

Дата опубликования описания 30.10.82

„: --ю 14 .Н Ъ;

В.И, Гаммель, В.А. Зорин и Ю.Г. Макаренко" "13 р

-./ ." Щ .

Новосибирское проектно-технологическое бюро ВсесОкгзного . государственного научно-исследовательского и проектного института "ВНИИпроектэлектромонтаж" (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ КОНТАКТНОЙ СЕТИ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

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

Известно устройство для защиты и управления фидером контактной сети ,электрических железных дорог переменного тока (1 3.

Известно устройство для защиты фидеров контактной сети электрифицированных железных дорог перемен/ ного тока от токов короткого замыкания (2).

Эти устройства обеспечивают защиту контактных линий при таких токах замыкания, значения которых больше значения номинального тока линии..

При замыкании контактного провода на грунт токи замыканий значительно меньше, чем при замыкании на рельс, а углы сдвига фаз напряжения и тока линии при этом меньше минимально возможных при нагрузке. Данными устройствами подобные режимы замыканий обнаружить невозможно.

Кроме того, в устройствах достаточно сложные узлы блокировки по минималь» ному току-, которые при работе с малыми токами необходимо усложнить усилительным узлом.

Известно устройство для защиты контактной сети переменного тока от замыканий на грунт, содержащее датчик фазы с фильтрами напряжения и тока, подключенными входами соответственно к трансформатору напряжения и трансформатору тока, а выходами— соответственно с усилителями-ограничителями напряжения и тока, формирующими прямоугольные импульсы, совпадающие по фазе с полуволнами синусоид напряжения (О-180о) и тока (0-180 ), исполнительный орган и датчик фазы, снабженный логическим блоком на двух инверторах и двухвходовом элементе совпадения, один вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя напряжения, другой вход соединен с выходом инвертора, соединенного входом с вы.ходом усилителя-ограничителя тока, а- выход элемента совпадения соединен с входом второго инвертора, выход которого является выходом датчика фазы и соединен с одним входом блока сравнения, другой вход которого соединен с источником опорного

30,напряжения, а третий вход соеди970538 ствующие текущему и опорному углам, . нейропорционально изменяют их площади.

35 нен с элементом блокировки, вход которого соединен с выходом фильтра тока, при этом выход блока сравнения соединен с исполнительным органом (3).

Недостаток устройства заключается в ненадежности узла блокировки по минимальному току, содержащего, как правило, одно- или двухполупериодную схему выпрямления и схему сравнения выпрямленного напряжения с опорным. Кроме того, устройство име ет недостаточно высокое быстродййствие.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для защиты контактной сети переменного тока от замыканий на землю, содержащее измерительный трансформатор тока, выход которого подключен к первому входу . датчика уг:ла сдвига фаз кривых напряжений и тока с первым усилителемограничителем тока, формирующим прямоугольные положительные импульсы, совпадающие с полуполновой (0-180 ) кривой тока, и двумя инверторами, вход одного из них соединен с выходом первого усилителя-ограничителя тока, потенциометр установки любой полярности опорного напряжения, причем выход датчика и движок потенциометра соединены с соответствующими входами блока сравнения углов, выход которого подключен к исполнительному органу отключения линии, а один выход потенциометра соединен с общим зажимом. Устройство содержит также вспомогательный трансформатор и выпрямитель на двух диодах, а упомянутый датиик угла сдвига фаз снабжен вторым усилителем тока, формирующим прямоугольные положительные импульсы, совпадающие с полуволной (О-180 ) кривой тока, сдвоенным потенциометром, источниками положительного и отрицательного напряжений смещения, четырьмя диодами, четырьмя формирующими блоками и Узлом алгебраического сложения на четырех резисторах (4 ).;

Однако данное устройство имеет недостаточно высокое быстродействие, что является следствием способа измерения и сравнения текущего и опорного углов. Очевидно, что сигнал сравнения гложет появится не ранее ч м произойдет измерение площадей пЬлуволн, соответствующих опорному углу, т.е. не ранее чем через период

Наличие зависимости уставки напряжения смещения как от тока отсечки, так и от угла отсечки создает определенные неудобства в эксплуатации. устройства. Кроме того, точность измерения недостаточно высокая вследствие того, что высшие гармоники,, накладываясь иа сигналы, соответ40

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерения и упрощение настройки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем измерительный трансформатор напряжения, измерительный трансформатор тока, трансформатор формирования вспомогательных напряжений с одной первичной и двумя вторичными обмотками, задатчик угла отсечки, включающий в себя узел задания уставки угла отсечки, датчик текущеro угла сдвига кривых напряжения и тра линии с формирующим прямоугольные положительные импульсы, совпадающие с полуволной (О-180 ) кривой тока, усилителем-ограничителем тока, потенциометром установки йапряжения смещения, двумя диодами, инвертором, двумя формирующими блоками и узлом алгебраического сложения сигналов на двух резисторах с двумя объединенными выводами, представляющими собой выход указанного датчика, при этом первый вход усилителя-ограничителя тока соединен с движком потенциометра установки напряжения смещения, первый вход пер- вого блока формирования сигналов соединен с выходом усилителя-ограничителя тока и входом инвертора, второй вход соединен с катодом первого диода, а выход соединен с свободным выводом первого резистора узла алгебраического сложения, первый вход второго блока формирования сигналов подключен к выходу инвертора, второй вход подключен к катоду второго диода, а выход соединен с свободным выводом второго резистора узла алгебраического сложения, блок сравнения углов и исполнительный орган, причем измерительный трансформатор напряжения соединен с началом первичной обмотки вспомогательного трансформатора, начало первой вторичной обмотки вспомогательного трансформатора соединено:с анодом первого диода упомянутого датчика текущего угла, конец второй вторичной обмотки вспомогательного трансформатора соединен с анодом второго диода датчика текущего угла, выход трансформатора тока подключен к второму входу усилителя-ограничителя тока датчика текущего угла, выходы упомянутых задатчика и датчика соединены с входами блока сравнения углов, выход последнего соединен с входом исполнительного органа отключения линии, первый вывод потенциометра установ-. ки напряжения смещения датчика текущего угла, конец первичной, конец первой вторичной и начало второй

970536 вторичной обмоток вспомогательного

1 трансформатора соединены с общим зажимом, в ",задатчик угла отсечки дополнительно введены усилйтель-ограничитель сдвинутой основной гармоники напряжения линии, первый и второй блоки формирования сигналов, инвертор, два диода, потенциометр узла задания уставки угла. отсечки иузел алгебрайческого сложения сигналов на двух резисторах с двумя объединенными выводами, представляющими собой выход задатчика угла отсечки., выводы потенциометра узла задания уставки угла отсечки соединены соответственно с выходом измерительного трансформатора напряжения и конденсатором этого же узла, причем движок упомянутого потенциометра соединен с входом упомянутого усилите-. ля-ограничителя::эадатчика угла отсечки, начаЛо первой вторичной обмотки вспомогательного трансформатора соединено с катодом первого .диода укаэанного задатчика угла отсечки, конец второй вторичной обмотки вспомогательного трансформатора соединен с катодом второго диода задатчика, первый вход первого блока формирования сигналов задатчика. соединен с выходом упомянутого усилителя-ограничителя задатчика и вхо дом инвертора задатчика, а второй вход — с анодом первого диода задатчика, выход указанного инвертора соединен. с первым входом второго блока формирования сигналов задатчика, второй вход второго блока формирования сигналов задатчика соединен с анодом второго диода задатчика, выходы обоих блоков формирования сигналов задатчика соединены со свободными выводами резисторов узла алгебраического сложения задатчика, свободный вывод конденсатора узла задания уставки угла отсечки задатчи«а соединен с общим зажимом, свободный вывод потенциометра датчика соединен с выходом измерительного трансформатора напряжения.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства; на

Фиг.2 — временная диаграмма работы устройства; на Фиг.3 — зона работы устройства; на фкг.4 — электрическая схема блоков формирования сиг,налов, соответствующих текущему углу сдвига кривых напряжений и тока; на фнг.5 - то же, соответствующих углу отсечки; на фиг.б - электрическая схема усилителя-ограничителя тока; на фиг.7 - электрическая схема усилителя-ограничителя сдвинутой основной гармоники напряжения линии; на Фиг.8 - электрическая схема блока сравнения углов.

Устройство состоит иэ трансформа;тора 1 Формирования вспомогательных напряжений, задатчика 2 угла отсечки, датчика 3 текущего угла сдвига кривых напряжения и тока линии, блока 4 сравнения углом и исполнительного органа 5.

Задатчик 2 содержит узел б задания уставки угла отсечки, диоды.7 и 8 выделения вспомогательных отри1О цательных полуволн, усилитель-ограничитель 9 сдвинутой основной гармоники напряжения линии, блоки 10 н 11 формирования сигналов, соответствующих углу отсечки, кнвертор 12

15 и узел 13 алгебраического сложения сигналов. Узел 6 задатчика 2 содержит потенциометр 14 и Фазосдвигающий конденсатор 15.

Датчик 3 содержит диоды 16 и Х7

2п выделения вспомогательных положительных полуволн, усилитель-ограничитель 18 тока, потенциометр 19 установки напряжения смещения, блоки 20 и 21 Формирования сигналов, соответствующих текущему углу сдвига кривых напряжения к тока, инвертор 22 н узел 23 алгебраического сложения . сиги алов.

На фиг.2 показаны кривые 24 н 25

Зо напряжения к тока линии, напряжение 26 смещения, угол 27 отсечки, сдвинутая на угол отсечки основная гармоника 28 напряжения 24, совмещенньк по кулеви уровням вспомогательные полуволны 29 — 32, текущие

З углы 33 и 34 сдвига положительной и отрицательной полуволн кривой 25 тока с учетом напряжения 26 смещения, совмещенные по нулевым уровням ,сигнажи 35 к 36, соответствующие углу 27, алгебраическая сумма 37 сигналов 38, 35 и 39, 36 и момент 40 заикания.

Ва Фиг.3 показаны зона 41 работы устройства, граница 42 эоны работы к граница 43 максимально возможной эоны работы при токе отсечки, равном нулю.

Устройство работает следующим образом.

С измерительного трансформатора напряжения сигнал поступает на входя задатчика 2, датчика 3 и первичную обмотку трансформатора 1. С вторичных обмоток трансформатора 1 два напряженкя, сдвинутых относительно друг друга на 180 эл. град. поступают на задатчик 2 и датчик 3. В задатчике 2 сигнал, приходящий с измерительного трансформатора, потенцио мзтром 14 и фазосдвигающей цепочки сдвигается на угол отсечки и подается на вход усилителя-ограничителя 9, который формирует отрицательные йрямоугольные импульсы, совпадающие по

6$ фазе с положительной полуволной сдзи9705 36 нутого напряжения. Сигнал с выхода усилителя-ограничителя 9 поступает на вход блока 10 непосредственно и через инвертор 12 - на вход блока 11.

Блоки 10 и 11 формируют из отрицательных полуволн 31 и 32 сигналы 35 и 36, соответствующие углу 27 отсечки. Сигналы 35 и 36 с выходам блоков 10 и 11 поступают в узел 13 алгебраического: сложения, а с послед-. него - на вход блока 4 сравнения.

В датчике 3 сигнал, приходящий с измерительного трансформатора тока, подается на вход усилителя-ограничителя 18, который формирует положительные прямоугольные импульсы, совпадаюцие по фазе с положительной полуволной кривой, тока. На второй вход усилителя-ограничителя 18 поступает с пэтенциометра 19 напряжение 26 смещения кривой 25 тока. Сигнал с выхода усилителя-ограничителя 18 поступает на вход блока 20 непосредственно и через инвертор 22 на вход блока 21. Блоки 20 и 21 формируют из положительных полуволн 29 и 30 сигналы 38 и 39, соответствующие текуцим углам 33 и 34. Сигналы

38 и 39 с выходов блоков 20 и 21 поступают в узел 23 алгебраического сложения, а с последнего — на вход блока 4 сравнения.

Поступившие в блок 4 с задатчика 2 и датчика 3 сигналы алгебраически складываются. Блок 4, представляющий собой интегратор без сброса, по знаку полярности алгебраической суммы формирует логический сигнал

"0" либо "1", который управляет исполнительным органом 5. Если текущий угол меньше угла отсечки, блок 4 формирует логический сигнал "1", поступающий на исполнительный орган отключения линии.

Величина напряжения смещения определяется уровнем помех и вычисляется по формуле

3отс Rw

"Сиеш. = Кт гДе Зстс — ток отсечки линии, А", R — сопротивление шунта, Ом;

Кт — коэффициент трансформации трансформатора тока. Защита от помех работает следующим образом.

После наложения напряжения смещАия на кривую 25 тока, полусумма текущих углов 38 и 39 принимает значение 90 - 180 эл. град., если текущее значение тока (или действующей вместо него помехи) меньше уставки .тока отсечки, в то время как устав-: ка угла отсечки по теоретическим расчетам не может превышать

- 32 эл. град.

Появление ложного сигнала отключения линии при бросках токов намаг. ничивания тяговых трансформаторов локомотивов исключается тем, что по-. лусумма текущих углов за период при бросках токов намагничивания близка и стремится к 90 эл. град., в то время как уставка угла отсечки, как было указано, не может превышать

32 эл. град.

На фиг. 3 заштрихована зона работы устройства, Граница этой зоны определяется током отсечки, углом отсечки и строится по формуле о

Ч тЕк от С

ЗГС5 1П

Зтек

Э.отс — уставка тока отсечки линии, А;

;Чо — уставка угла отсечки, эл. град;

Этзк - текущее значение тока линии, А;

Ч „— текущее значение угла сдвига, эл. град.

В предлагаемом устройстве повышаются быстродействие (так как сигнал сравнения появляется раньше, чем через период ) и точность измерения

З0 (вследствие того, что высшие гармоники, накладываясь на сигналы, соответствующие текущему и опорному углам, в момент равенства этих углов пропорционально изменяют площади сиг35 налов) и упрощается процесс подбора уставки напряжения смещения (поскольку уставка напряжения смецения определяется только током отсечки), что выгодно отличает предлагаемое устрой40 ство от известных.

Формула изобретения

45 Устройство для защиты контактной сети переменного тока от замыкания на землю, содержащее измерительный трансформатор напряжения, измерительный трансформатор тока, трансформатор формирования вспомогательных напряжений с одной первичной и двумя вторичными обмотками, задатчик угла отсечки, включающий в себя узел задания уставки угла отсечки, датчик текущего угла сдвига кривых напря жения и тока линии с формирующим прямоугольные положительные импульсы, совпадающие с полуволной (О180О) кривой тока, усилителем-ограничителем тока, потенциометром yc&0 тановки напряжения смещения, двумя диодами, инвертором, двумя формирующими блоками и узлом алгебраического сложения сигналов на двух резисторах с двумя объединенными вывода&5 ми, представляющими собой выход дат970536

Ф чика, при этом первый вход усилите,ля-,ограничителя соединен с движком потенциометра установки напряжения смещения, первый вход первого блока формирования сигналов соединен с выходом усилителя-ограничителя и входом инвертора, второй вход соединен с катодом первого диода, а выход соединен с свободным выводом первого резистора узла алгебраического сложения, первый вход второго блока формирования сигналов подключен к выходу инвертора, второй вход подключен к катоду второго диода, а выход соединен с свободным выводом второго резистора узла аглебраического сложения, блок сравнения углов и исполнительный орган, причем измерительный трансформатор напряжения соединен с началОм первичной обмотки вспомогательного трансформатора, начало первой вторичной обмотки вспомогательного трансформатора соединено с анодом первого диода упомянутого датчика текущего угла, конец второй вторичной обмотки вспомога, тельного трансформатора соединен с анодом второго диода датчика текущего угла, выход трансформатора тока подключен к второму входу усилителяограничителя тока датчика текущего угла, выходы упомянутых задатчика и датчика соединены с входами блока сравнения углов, выход последнего соединен с входом исполнительного органа отключения линии, первый вывод потенциометра установки напряжения смещения датчика текущего угла, конец первичной, конец первой вторичной и начало второй вторичной обмоток вспомогательного трансформатора соединены с общим зажимом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения и упрощения на стройки, в эадатчик угла отсечки дополнительно введены усилитель-ограничйтель сдвинутой основной гармоники напряжения линни, первый и второй блоки формирования сигналов, инвертор, два диода, потенциометр узла задания уставки угла отсечки и

1 узел алгебраического сложения сигналов на двух резисторах с двумя объединенными выводами, представляющими собой выход задатчика угла отсечки, выводы потенциометра узла задания уставки угла отсечки соединены соответственно с выходом измерительного трансформатора напряжения и конденсатором этого же узла, причем движок упомянутого потенциометра

10 соединен с входом упомянутого усилителя-ограничителя задатчика угла отсечки, начало первой вторичной ббмотки вспомогательного трансформатора соединено с катодом первого дио15 да укаэанного задатчика угла отсеч-, ки, конец второй вторичной обмотки вспомогательного трансформатора соединен с катодом второго диода эадатчика, первый вход первого блока фор;у мирования сигналов задатчика соеди нен с выходом усилителя-ограничителя и входом инвертора, а второй входс анодом первого диода задатчика, выход указанного инвертора соединен с первым входом второго блока формирования сигналов задатчика, второй . вход второго блока формирования сигналов задатчика соединен с анодом ,второго диода задатчика, выходы обоих блоков формирования сигналов за- датчика соединены с свободными выводами резисторов узла алгебраического сложения задатчика, свооодный вывод конденсатора узла задания уставки угла отсечки задатчика соединен с общим зажимом, свободный вывод потенциометра датчика соединен с выходом измерительного трансформатора напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 207965, кл. В 60 М 3/00, 1964.

2. Авторское свидетельство СССР

45 9 228763, кл. В 60 М 1/00, 1964.

3. Авторское свидетельство СССР

9 754549, кл. Н 02 Н 3/16 1978.

4. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2842245/24-07, кл. Н 02 Н 3/16, 1979.

970536

Составитель Л. Васькова

Редактор Ю. Ковач Техред,М.Коштура Корректор у. Пономаренко

Эаказ 8405/68 Тираж 669 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал НПП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4