СХЕМА ЗАЩИТЫ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

Полезная модель относится к электротехнике и предназначена для защиты от замыкания шахтных контактных сетей постоянного тока, питающихся от трехфазных выпрямителей.
Известен импульсный фазочувствительный орган (а.с. №311333, Н 02 Н 3/38, опубл. 09.08.1971). Импульсный фазочувствительный орган содержит трансреактор с промежуточным трансформатором тока и трансформатор напряжения, вторичная обмотка которого соединена с сопротивлением. Один выход трансформатора и сопротивления соединены с формирователем импульсов. Упомянутый выход сопротивления и один выход трансформатора напряжения заземлены. Другой выход этого трансформатора, другой выход сопротивления и выход формирователя импульсов присоединены к блоку совпадения, выход которого соединен с исполнительным органом.
Признаки, являющиеся общими для известного импульсного фазочувствительного органа и заявленной полезной модели заключаются в наличии в схеме формирователя импульсов, блока совпадения и исполнительного органа.
Причина недостижения в известной схеме заявленного технического результата заключается в большом диапазоне изменения тока, в большом изменении формы огибающей выпрямленного напряжения и тока, что является источником помех и снижения чувствительности схемы.
В качестве прототипа принято "Устройство для защиты шахтной тяговой сети постоянного тока" (описание изобретения к а.с. СССР №655008, кл. Н 02 Н 3/38, 7/26, опубл. 30.03.1979). Устройство для защиты шахтной тяговой сети содержит трансформаторы напряжения и тока,
импульсные датчики напряжения и тока, одновибратор, блок совпадения и исполнительный орган. Импульсные датчики напряжения и тока выдают короткие импульсы в момент прохождения каждого из них через заданное значение. По положению импульсов определяют сдвиг фаз между пульсациями выпрямленного тока и напряжения, по которому фиксируют повреждение.
Признаки, являющиеся общими для известного устройства для защиты шахтной сети постоянного тока и заявленной полезной модели заключаются в наличии в ней импульсного датчика тока, импульсного датчика напряжения, блока совпадения импульсов и исполнительного органа.
Причина недостижения в известной схеме заявленного технического результата заключается в том, что сдвиг фаз между пульсациями выпрямленного тока и напряжения, по которым фиксируют повреждение, зависит от токов нагрузки, положения электровоза и тока утечки, что снижает чувствительность защиты.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении эффективности защиты сети от замыкания на землю.
Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в повышении чувствительности схемы.
Достигается технический результат тем, что схему защиты сети постоянного тока от замыкания на землю, содержащую импульсный датчик тока, импульсный датчик напряжения, блок совпадения импульсов и исполнительный орган, введены статический триггер, счетный триггер, коммутатор импульсов, интегратор и дополнительный блок совпадения импульсов, причем первые входы двух указанных блоков совпадения импульсов подключены к выходу статического триггера, вторые - соответственно к прямому и инверсному выходам счетного триггера, а выходы - соответственно к прямому и инверсному входам коммутатора импульсов, выход которого через интегратор связан со входом исполнительного органа, при этом первый вход статического триггера
подключен к выходу импульсного датчика тока, а второй - к выходу импульсного датчика напряжения и входу счетного триггера.
Новые по отношению к прототипу признаки заявленного технического решения заключаются в введении в схему статического триггера, счетного триггера, коммутатора импульсов, интегратора и дополнительного блока совпадения импульсов, причем первые входы двух упомянутых блоков совпадения импульсов подключены к выходу статического триггера, вторые - соответственно к прямому и инверсному выходам счетного триггера, а выходы - соответственно к прямому и инверсному входам коммутатора импульсов, выход которого через интегратор связан со входом исполнительного органа. При этом первый вход статического триггера подключен к выходу импульсного датчика тока, а второй - к выходу импульсного датчика напряжения и входу счетного триггера.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображена схема защиты сети постоянного тока от замыкания на землю;
на фиг.2 - диаграммы, поясняющие работу схемы.
Схема (фиг.1) содержит импульсные датчики 1 напряжения и 2 тока, подключенные к статическому триггеру 3 и счетному триггеру 4, выходы которых подключены к блоку 5 совпадения импульсов и дополнительному блоку 6 совпадения импульсов. Выходы блоков 5 и 6 подключены к прямому и инверсному входам коммутатора 7 импульсов, который через интегратор 8 подключен к исполнительному органу 9.
Устройство работает следующим образом.
nv
ni
a
b
b
a
Частота пульсаций выпрямленного напряжения U и тока U для трехфазной мостовой схемы - 300 Гц (фиг.2). На выходе импульсных датчиков 1 и 2 напряжения и тока имеется последовательность импульсов тока U и напряжения U с частотой 600 Гц. Сигналом с импульсного датчика 1 напряжения U статический триггер 3 переводится в единичное состояние, а сигналом с импульсного датчика 2 тока U - в нулевое. Таким образом на
c
1
выходе статического триггера 3 формируется импульс U , длительность которого равна углу сдвига между пульсациями выпрямленного напряжения и тока за каждую половину периода пульсаций. Этот импульс, подается на первые входы блоков 5 и 6 совпадения импульсов.
d
Счетный триггер 4, на вход которого поступают импульсы с импульсного датчика 1 напряжения, переключается из одного состояния в другое при поступлении каждого импульса. Следовательно, на его выходах поочередно появляется единичный сигнал, который прикладывается ко второму входу того или иного блока 5, 6 совпадения импульсов. Таким образом, выходной единичный сигнал, равный величине угла сдвига, с выхода блоков 5 и 6 поступает поочередно на прямой и инверсный входы коммутатора 7 импульсов, который переключается, меняя при этом полярность напряжения на выходе U, не оставляя постоянной длительности импульсов.
d
Разнополярные импульсы U с коммутатора импульсов поступают на вход интегратора 8. При поступлении положительного импульса напряжение на выходе интегратора 8 линейно возрастает, а при поступлении отрицательного импульса - убывает. Постоянная времени интегрирования и амплитуда разнополярных импульсов постоянны, следовательно, темп нарастания и спадания напряжения на выходе интегратора 8 также имеет постоянную величину.
c
На выходе интегратора 8 после двух импульсов U появляется сигнал, равный производной от величины угла сдвига между пульсациями выпрямленного напряжения и тока, поскольку величина приращения угла сдвига равна разности между длительностью двух соседних импульсов на выходе статического триггера 3. При равенстве амплитуды импульсов величина приращения угла сдвига пропорциональна разности площадей двух соседних импульсов, то есть разности интегралов от этих импульсов.
c
Сигнал U с выхода интегратора 8 поступает на вход исполнительного органа 9, где сравнивается с величиной уставки и при превышении последней формируется сигнал на отключение.
Из сказанного следует, что функционирование устройства основано на контролировании скорости изменения угла сдвига между пульсациями выпрямленного напряжения и тока.
Таким образом, учитывая нелинейный характер зависимости угла сдвига от сопротивления утечки, устройство позволяет отключать аварийный режим на начальном участке уменьшения сопротивления изоляции, что значительно повышает чувствительность защиты и, следовательно, снижает вероятность возникновения пожара в шахте и повышает эффективность работы схемы защиты сети от замыкания на землю.