SU936159A1

SU936159A1 - Device for protective disconnection of contact network

Info

Publication number: SU936159A1
Application number: SU803002327A
Authority: SU
Inventors: Вадим Ганиевич Палванов; Виталий Иванович Щуцкий; Камил Сабирович Хасанов; Шахобиддин Гиязитдинович Насритдинов; Абдушукур Ильясович Шамукимов; Камилджон Шарипов
Original assignee: Ташкентский Ордена Дружбы Народов Политехнический Институт Им.Абу Райхана Беруни
Priority date: 1980-11-12
Filing date: 1980-11-12
Publication date: 1982-06-15

Description

Изобретение, относитс к защитному отключению контактных сетей подземного электровозного транспорта при снижении сопротивлени изол ции контактного провода в результате .естественного старени , различного рода повреждений и прикосновени людей к контактному проводу.The invention relates to the protective disconnection of contact networks of underground electric vehicles while reducing the insulation resistance of the contact wire as a result of natural aging, various kinds of damage and people touching the contact wire.

Известны устройства, осуществл ющие контроль изол ции и защитное отключение контактной сети при помощи импульсов тока обратной пол рности , которые создаютс в контактной сети источником оперативного напр жени во врем искусственно создаваемых и периодически повтор ющихс пауз в питании контактной сети lj.Devices are known that control the insulation and the protective disconnection of the contact network by means of current pulses of reverse polarity, which are created in the contact network by a source of operational voltage during artificially created and periodically repeated pauses in the supply of the contact network lj.

В указанном защитном устройстве чувствительный элемент защиты подключен параллельно силовому вентилю, включенному между плюсовым зажимом силового выпр мител и контактным проводом, а источник оперативного напр жени подключен к зажимам силового выпр мител таким образом, что при отключении последнего он создает в контактной сети ток обратной пол рности.In this protective device, the sensitive protection element is connected in parallel to the power valve connected between the positive terminal of the power rectifier and the contact wire, and the source of operational voltage is connected to the power rectifier terminals in such a way that when the latter is turned off .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс защитное устройство, в котором прерывание тока нагрузки дл получени контрольной паузы осуществл етс сн тием импульсов, отпирающих венти10 ли силового выпр мител . Сн тие отпиракхцих импульсов в этом устройстве производитс при помощи коммутирующего блока, представл ющего собой делитель частоты и обеспечивающего The closest to the technical essence of the invention is a protective device in which the interruption of the load current to obtain a control pause is accomplished by removing the pulses unlocking the valves of the power rectifier. Disconnection of the pulses in this device is performed using a switching unit, which is a frequency divider and provides

ts стабильную длительность паузы в напр жении питани контактной сети 2j.ts stable duration of the pause in the supply voltage of the contact network 2j.

Недостатками данного защитного устройства вл ютс возможность ложных срабатываний защиты при малых The disadvantages of this protective device are the possibility of false positives of protection at low

20 токах нагрузки, чрезмерное увеличение длительности контрольной паузы, что снижает быстродействие зажимного устройствами отсутствие самоконтрол 93 исправности защитного устройства. Емкость KOHtaKTHOH сети, котора может достигать нескольких микрофарад, к моменту сн ти отпирающих импульсов с вентилей силового выпр мител зар жена положительной пол рностью. Если в контактной сети все потребители отключены, то емкость сети после запирани вентилей силового выпр мител разр жаетс по, цепи: контак ныи провод - чувствительный элемент защиты - источник оперативного напр жени - рельсы, в результате чего чувствительный элемент срабатывает И блокирует включение силового выпр мител после контрольной паузы. При малых токах наг|эузки емкость контактной сети к моменту запирани вентилей силового выпр мител успевает полностью разр дитьс , однако вслед за этим емкость.сети зар жаетс от источника оперативного напр жени . Зар дный ток также протекает через чувствительный элемент защиты и вызывает его срабатывание. Ложные срабатывани защиты не происход т при прерывании достаточно больших токов нагрузки, спадание которых зат гиваетс из-за индуктивности контактной сети. Напр жение на выходе силового выпр мител становитс при этом отрицательным, следовательно , и емкость контаигтной сети оказываетс зар женной отрицатель ной пол рностью. После запирани вен тилей силового выпр мител емкость сети апериодически разр жаетс до . величины напр жени источника оперативного напр жени . Длительность процесса разр да пропорциональна емкости сети и величине сопротивлени в цепи разр да. Практически емкость сети разр жаетс через источник оперативного напр жени , в Цепи которого включено достаточно большое балластное сопротивление. Так, если величина этого сопротивлени равна 1 кОм, а величина емкости сети 2 мкФ то длительность разр да емкости составит - а з t43RpC - 3.1..10 6.10 с, что соЬтветствует 108 зл.прад. Этому предшествует, процесс спадани тока нагрузки, длительност.ь которого при пиках тока нагрузки может достигать 150-180 эл.град (если отсчитывать углы с момента Прерыва ни отпирающих импульсов).Таким разом, длительность контрольной паузы в предлагаемом устройстве должна приниматьс равной около 300 эл.град, что приводит к существенному снижению рабочего напр жени в контактной сети и быстродействи защиты в целом. При нормальных токах нагрузки процес спадани тока и разр да ,емкости сети завершаетс значительно быстрее, поэтому контрольные паузы с такой большой длительностью не требуютс , В случае неисправности чувствительного элемента защиты он при по влении недопустимой утечки не срабатывает , в результате чего после окончани контрольной паузы в сеть подаетс рабочее напр жение. Цель изобретени - повышение быстродействи защиты и обеспечение самоконтрол исправности. Дл достижени поставленной цели в устройство дл защитного отключени контактной сети, содержащее прерыватель отпирающих импульсов в цепи управлени силового управл емого выпр мител , между плюсовым зажимом которого и контактным проводом включен силовой вентиль, чувствительный элемент, подсоединенный одним концом к плюсовому зажиму силового вентил , источник оперативного напр жени , введены разр дный диод, логический элемент И-НЕ, комбинированный датчик тока и напр жени контактной сети, причем источник оперативного напр жени выполнен в виде параллельно соединенных дроссел и цепочки из последовательно включенных управл емого вентил и первого стабилитрона, катод которого и .один конец упом нутого дроссел подключают к минусовому зажиму силового управл емого выпр мител , а второй конец дроссел и катод управл емого вентил , подключены к аноду разр дного диода и к катоду вновь введенного первого разделительного диада, анод которого подсоединен к аноду второго вновь введенного стабилитрона, шунтирующего чувствительный элемент, второй конец которого соединен с катодами указанного стабилитрона, разр дного диода и вновь введенного обратного диода, анод которого подключен к катоду силового вентил , а выход упом нутого чувствительного элемента соединен с первым входом логического элемента И-НЕ, к второму входу 5 которого подключена синхронизирующа обмотка комбинированного датчика тока и напр жени , его подмагничивающа обмотка подсоединена к вновь введенному источнику посто нного тока, обмотка напр жени , зашунтированна конденсатором, подключена через резистор между катодами первого раздел тельного диода и первого стабилитрон выходна обмотка подсоединена одним концом через второй вновь введенный разделительный диод к управл ющему электроду управл емого вен тил в цепочке, шунтирующей дроссель, а вторым концом к аноду разр дного диода, причем токова обмотка указанного датчика включена в цепь нагрузки, а выход Логического элемента И-НЕ подсоединен к прерывателю отпирающих импульсов. На чертеже изображена принципиаль на схема предлагаемого защитного устройства. Защитное устройство состоит из силового вентил 1, включенного между полюсовым зажимом силового управл емого выпр мител 2 и контактным проводом, источника оперативного напр жени , представл ющего собой дроссель 3 зашунтированный цепочкой из встречно соединенных стабилитрона Ц и управл емого вентил 5 причем один вывод обмотки дроссел и катод стабилитрона подключают к минусовому зажиму силового выпр ми тел , а другой вывод обмотки дроссел и катод управл емого вентил 5 присоединен к катоду разделительного диода 6, анод которого подключают к плюсовому зажиму силового выпр мител , чувствительного элемента 7f зашун тированнбго стабилитроном 8 и подклю ченного между плюсовым зажимом силового выпр мител и катодом обратного диода 9, анод которого соединен с контактным провдом прерыаат.ел 10 отпирающих импульсов, поступающих . на вентили силового выпр мител от ис точника 11 отпирающих импульсов, логического элемента И-НЕ 12, выключенного между выходом чувствительного элемента защиты и прерывателем отпирающих импульсов, импульсного трансформатора, имеющего токовую обмотку 13, включенную в цепь нагрузки контактной сети, обмотку 14 напр жени , зашунтированную конденсатором 15 и включенную через резистор 1 между катодом разделительного дио596 да 6 и минусовым зажимом силового выпр мител , подмагничивающую обмотку 17,подключенную к источнику 18 посто нного напр жени , выходную обмотку 19, подключенную через диод 20 к управл ющим электродам вентил 5, синхронизирующую обмотку 21, подключенную к синхронизирующему входу логического элемента И-НЕ 12, а также разр дного диода 22, анод которо- . ГО соединен с катодом разделительного диода 6, а катод - катодом обратного вентил 9. Нагрузка (двигатели электровоза и другие потребители) 23 с шунтирующими диодами 24 подключаетс к т говой сети через заградитель ные диоды 25. Сопротивление утечки и емкость контактной сети на чертеже условно обозначены резистором 26 и конденсатором 27. Разр дной диод предназначен дл ускорени разр да отрицательно зар женной емкости контактной сети. Логический элемент И-НЕ контролирует периодические срабатывани чувствительного элемента при прохождении через него импульсов разр дного тока отрицательно зар жающейс емкости контактной сети. Комбинированный датчик тока и напр жени контактной сети представл ет собой импульсный трансформатор и служит дл отпирани управл емого венти л в цепочке, шунтирующий дроссель, и синхронизации работы указанного логического элемента, когда ток Har- рузки в контактной сети снижаетс практически до нул или, при отсутствии тока нагрузки, когда напр жение, силового выпр мител становитс отрица тельным и по величине превосходит onepat тивное напр жение.Импульсный трансфор матор выполн етс на сердечнике с пр моугольной петлей гистерезиса и имеет п ть обмоток. Устройство работает следующим об.разом . Прерыватель ТО, снабженный делителем частоты,через каждые 5-8 периодов питающего напр жени снимает (блоки-рует ) импульсы, поступающие на вентили силъвого выпр мител . После сн ти импульсов выпр мленное напр жение снижаетс по синусоиде, через 60 эл.град оно переходит через нуль, а затем становитс отрицательным. Переход выпр мленного напр жени в отрицательную область обусловлен индуктивностью контактной сети, замедл ющей спадание тока нагрузки, а при отсутстВИИ тока нагрузки - индуктивностью дроссел 3. Пока ток нагрузки не снизитс практически до нул , серде ник импульсного трансформатора поддействием намагничивающей силы обмотки 13 находитс в глубоком насыщении . Когда ток в контактной сети становитс близким к нулю, и ампервитки обмотки 13 станов тс равными ампервитками подмагничивающей обмотки 17, сердечник трансформатора выходит из насыщени и на зажимах его выходной 19 и синхронизирующей обмоток по вл етс импульс ЭДС. Под действием этого импульса открываетс управл емый вентиль 5. в результате чего начнетс разр д отрицател но раз женной емкости контактной сети по контуру: стабилитрон - ве тиль 5 разр дный диод 22 - чувстви тельный элемент 7 и параллельно включенный стабилитрон 8 - силовой диод 1 - контактный провод. Так как активное сопротивление этой цепи мало (оно равно активному сопротивле нию чувствительного элемента, которо принимаетс равным около 100 Ом), то разр д емкости контактной-сети происходит очень быстро, а от импуль са разр дного тока . срабатывает чувствительный элемент. При этом емкость контактной сети разр жаетс до напр жени на стабилитроне k, т.е. до величины оперативного напр жен Сигнал сработавшего чувствительного элемента поступает на вход логического элемента И-НЕ 12, причем на синхронизирующий вход этого элемента одновременно поступает сигнал с обмотки 21 импульсного трансформатора . Логический элемент выполнен так, что на поступление двух указан ных сигналов он не реагирует, а если поступает только один сигнал, или не поступит ни одного сигнала, то на выходе логического элемента по вл етс сигнал, запрещающий вклю чение вентилей силового выпр мител после окончани контрольной паузы После прохождени импульса разр д ного тока в цепи источник оперативного напр жени (дрос.сель 3, стабилитрон k, вентиль 5) сопротив ление 26 утечки - обратный Диод 9 чувствительный элемент 7 разделительный диод 6 устанавливаетс контрольный (оперативный) ток. Если сопр тивление утечки ниже установленной .величины, то чувствительный элемент 8 снова срабатывает и через логический и через элемент 12. блокирует включение силового выпр мител после окончани контрольной паузы. Таким образом, логический элемент вырабатывает сигнал, запрещающий включение силового выпр мител , если чувствительный элемент не срабатывает при протекании разр дного тока емкости контактной сети и если он срабатывает после того, как разр д емкости сети закончитс . Из изложенного сно, что при несиправности чувствительного элемента и других элементов схемы, силовой выпр митель, после очередной контрольной паузы отключаетс . Длительность контрольной паузы предлагаемого защитного устройства, измен етс за счет импульсного трансформатора автоматически при изменении тока нагрузки,и следовательно, всегда получаетс минимальной. Существенно сокращаетс требуема длительность контрольной паузы за счет ускоренного разр да емкости контактной сети через разр дный диод 22. Работа предлагаемой схемы при прерывании малых токов нагрузки несколько отличаетс . 8 этом случае ток в контактной сети спадает до нул очень быстро,, в результате чего выпр мленное напр жение, перейд в , отрицательную область, может к этому моменту еще недостигнуть величины оперативного напр жени . Дл того, чтобы этого не происходило, в. импульсном трансформаторе предусмотрена обмотка 1 напр жени , подключенна к выходу силового выпр мител через диод 6. За счет конденсатора 13, шунтирующего эту обмотку, спадание тока в этой обмотке задерживаетс на некоторое врем после того, как выпр мленное напр жение переходит через нуль. Подбором емкости этого конденсатора можно добитьс , чтобы импуЛьс в выходных обмотках 19 и 21 этого трансформатора по вл лс после того, как отрицательное выпр мленное напр жение станет больше оперативного напр жени . В остальном работе защитного устройства при малых токах нагрузки осуществл етс так же, как и при больших. Применение предлагаемого защитного устройства исключает возможность ложных срабатываний защиты от утечек, позвол ет повысить надежность работы20 load currents, an excessive increase in the duration of the control pause, which reduces the speed of the clamping devices; lack of self-control 93 of the serviceability of the protective device. The capacity of the KOHtaKTHOH network, which can reach several microfarads, is charged with a positive polarity at the time of the unlocking pulses from the power rectifier valves. If all consumers in the contact network are disconnected, the network capacity after locking the power rectifier valves is discharged along the following circuits: contacts and wires - sensitive protection element - source of operating voltage - rails, as a result of which the sensitive element triggers And blocks the activation of the power rectifier after a control pause. At low charging currents, the capacity of the contact network at the time of locking the power rectifier valves has time to fully discharge, however, after this, the capacity of the network is charged from the operating voltage source. The charging current also flows through the sensitive protection element and causes it to trigger. False triggers of protection do not occur when sufficiently large load currents are interrupted, the fall of which is delayed due to the inductance of the contact network. The voltage at the output of the power rectifier thus becomes negative, therefore, the capacitance of the contact network turns out to be charged with negative polarity. After locking the power supply rectifier ventilators, the network capacity is aperiodically discharged to. voltage values of the source of operational voltage. The duration of the discharge process is proportional to the network capacity and the resistance value in the discharge circuit. In practice, the network capacity is discharged through a source of operating voltage, in the circuit of which a sufficiently large ballast resistance is included. So, if the value of this resistance is 1 kΩ, and the value of the network capacity is 2 μF, then the duration of the discharge of the capacitance will be - a s t43RpC - 3.1..10 6.10 s, which corresponds to 108 hprad. This is preceded by the process of dropping the load current, the duration of which at peak load currents can reach 150-180 electrical degrees (if you count angles from the time of the Interrupt or unlocking pulses). So, the duration of the control pause in the proposed device should be equal to about 300 electric grades, which leads to a significant reduction in the operating voltage in the contact network and the overall performance of the protection. Under normal load currents, the process of current and discharge drops, the network capacity is completed much faster, so control pauses with such a long duration are not required. In the event of a fault in the sensitive protection element, it does not work when an unacceptable leakage occurs, resulting in network supply operating voltage. The purpose of the invention is to increase the speed of protection and ensure self-monitoring of health. To achieve this goal, a device for the protective disconnection of the contact network containing an unlocking pulse interrupter in the control circuit of a power controlled rectifier, between the plus terminal of which and the contact wire, connects the power valve, a sensing element connected at one end to the positive terminal of the power valve, the source of operational voltage, a discharge diode, a NAND logic element, a combined current sensor and a contact network voltage, the source of the operational voltage and made in the form of parallel-connected throttles and chains from a series-connected controlled valve and the first zener diode, whose cathode and one end of said throttle are connected to the negative terminal of the power controlled rectifier, and the second end of the throttle and cathode of the controlled valve are connected to the anode of the discharge diode and to the cathode of the newly introduced first separating dyad, the anode of which is connected to the anode of the second newly introduced Zener diode shunting the sensitive element, the second end of which connected to the cathodes of the said Zener diode, the discharge diode and the newly introduced reverse diode, the anode of which is connected to the cathode of the power valve, and the output of the above sensitive element is connected to the first input of the NAND logic element, the second winding of the combined current sensor is connected to the second input and the voltage, its magnetizing winding is connected to the newly introduced direct current source, the voltage winding is capacitor-bounded, connected through a resistor between the cathodes and the first separating diode and the first Zener diode output winding are connected at one end through the second newly inserted separation diode to the control electrode of the controlled fan in the chain shunting the choke and the second end to the anode of the discharge diode, and the current winding of the specified sensor is connected to the circuit load, and the output of the logic element is NOT connected to the chopper unlocking pulses. The drawing shows the principal of the proposed protective device. The protective device consists of a power valve 1 connected between a pole clamp of a power controlled rectifier 2 and a contact wire, a source of operational voltage, which is a choke 3 shunted by a chain of counter-connected Zener diode C and a controlled valve 5 with one output of the winding of the throttle and the cathode of the Zener diode is connected to the minus clamp of the power-generating strand of the bodies, and the other end of the winding of the choke and the cathode of the controlled valve 5 is connected to the cathode of the separation diode 6, the anode of which It is connected to the positive terminal of the power rectifier, the sensitive element 7f of the shunting zener diode 8 and connected between the positive terminal of the power rectifier and the cathode of the reverse diode 9, the anode of which is connected to the contact conductor of the interrupted 10 unlocking pulses arriving. the power rectifier valves from the source 11 of the triggering pulses, the NAND 12 logic element, are switched off between the output of the sensitive protection element and the opening pulse interrupter, a pulse transformer having a current winding 13 connected to the load circuit of the contact network, the voltage winding 14, shunted by a capacitor 15 and connected through a resistor 1 between the cathode of the separation diode 596 and the minus terminal of the power rectifier, the biasing winding 17 connected to the constant voltage source 18 No, an output winding 19 connected via a diode 20 to the control electrodes of the valve 5, a synchronizing winding 21 connected to the clock input of the NAND 12 logic element, as well as the discharge diode 22, the anode of which is. The GO is connected to the cathode of the separation diode 6, and the cathode is the cathode of the non-return valve 9. The load (motors and other consumers) 23 with the shunt diodes 24 is connected to the traction network through the barrier diodes 25. The leakage resistance and the capacitance of the contact network are nominally indicated in the drawing a resistor 26 and a capacitor 27. A discharge diode is designed to accelerate the discharge of a negatively charged capacitance of a contact network. The NAND logic element monitors the periodic operation of the sensing element when pulses of discharge current through it pass through a negatively charged capacitance of the contact network. The combined current and voltage sensor of the contact network is a pulse transformer and serves to unlock the control valve in the chain, shunt the choke, and synchronize the operation of the specified logic element when the Harvest current in the contact network decreases to almost zero or, in the absence of load current when the voltage of the power rectifier becomes negative and exceeds the onepat tive voltage in magnitude. The pulse transformer is performed on a hysteresis square core a and has five windings. The device works as follows. A TO breaker, equipped with a frequency divider, relieves (blocks) the impulses to the power rectifier valves every 5–8 periods of the supply voltage. After the pulses are removed, the rectified voltage decreases along the sinusoid, after 60 electrolights it passes through zero and then becomes negative. The transition of the rectified voltage to the negative area is due to the inductance of the contact network slowing down the load current, and if there is no load current, the inductance of the choke 3. As long as the load current drops to almost zero, the pulse transformer core is under the influence of the magnetizing force of the winding 13 in deep saturation. When the current in the contact network becomes close to zero, and the amp winds of the winding 13 become equal to the amp winds of the magnetizing winding 17, the core of the transformer goes out of saturation and an EMF pulse appears at the terminals of its output 19 and synchronizing windings. Under the action of this impulse, the controlled valve 5 opens. As a result, the discharge of the negative capacitance of the contact network along the circuit will begin: a zener diode — a power 5-discharge diode 22 — a sensitive element 7 and a parallel zener diode 8 — a power diode 1 - contact wire. Since the active resistance of this circuit is small (it is equal to the active resistance of the sensitive element, which is assumed to be about 100 Ω), the discharge of the contact-network capacity occurs very quickly, and from the pulse of the discharge current. triggered sensitive element. In this case, the capacity of the contact network is discharged until the voltage across the zener diode k, i.e. to the value of operational voltage. The signal of the triggered sensor element is fed to the input of the NAND 12 logic element, and the clock input of this element simultaneously receives a signal from the winding 21 of the pulse transformer. The logic element is designed so that it does not react to the arrival of these two signals, and if only one signal arrives, or no signal arrives, then a signal appears at the output of the logic element that prohibits the switching of the power rectifier valves after the end of the control pauses After the passage of a discharge current pulse in the circuit, the source of operating voltage (drosel.sel 3, zener diode k, valve 5) leakage resistance 26 - reverse Diode 9 sensing element 7 isolating diode 6 sets the control Ny (operational) current. If the leakage resistance is lower than the set value, then the sensing element 8 is again triggered by logic and through element 12. It blocks the activation of the power rectifier after the termination of the control pause. Thus, the logic element generates a signal prohibiting the switching on of the power rectifier if the sensitive element does not operate when the discharge current of the capacitance of the contact network flows and if it triggers after the discharge of the capacitance of the network ends. From the foregoing it is clear that when the sensitive element and other elements of the circuit are not correct, the power rectifier is switched off after the next control pause. The duration of the control pause of the proposed protective device changes automatically due to a pulse transformer when the load current changes, and therefore, always turns out to be minimal. The required duration of the control pause is significantly reduced due to the accelerated discharge of the contact network capacity through the discharge diode 22. The operation of the proposed circuit when interrupting small load currents is somewhat different. In this case, the current in the contact network drops to zero very quickly, as a result of which the rectified voltage, going into the negative region, may by this moment still not reach the magnitude of the operating voltage. To prevent this from happening, c. A pulse transformer is provided with a voltage winding 1 connected to the output of a power rectifier through diode 6. Due to the capacitor 13 shunting this winding, the current dropping in this winding is delayed for some time after the rectified voltage passes through zero. The selection of the capacitance of this capacitor can be achieved so that the impulse in the output windings 19 and 21 of this transformer appears after the negative rectified voltage becomes greater than the operating voltage. Otherwise, the operation of the protective device at low load currents is performed in the same way as at large ones. The use of the proposed protective device eliminates the possibility of false positives of the protection against leakage, allows to increase the reliability of operation.

этой защиты и улучшить качество рабочего напр жени в контактной сети.this protection and improve the quality of the operating voltage in the contact network.

Claims

1. USSR author's certificate № «« OZllI, cl. H 02 H 3/17, 1970. ,, ,,

2. USSR author's certificate ff 562032, cl. H 02 H 3/17, 1976.