УСТРОЙСТВО ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ И ДИАГНОСТИКИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ВАГОНА

Область техники
Полезная модель относится к устройствам защиты и диагностики при отклонении электрических параметров от нормального значения, и предназначена для использования в электрооборудовании железнодорожных пассажирских вагонов.
Уровень техники
Известно устройство токовой защиты высоковольтных потребителей пассажирских вагонов (1), содержащее однопроводную высоковольтную магистраль, корпус вагона, контактор, высоковольтные потребители вагона, вход которых подключен через контакт контактора к однопроводной высоковольтной магистрали, а выход к корпусу вагона, в цепи высоковольтных потребителей установлен датчик разбаланса токов, в качестве которого использован датчик тока на основе эффекта Холла с гальванической развязкой между первичной (силовой) и вторичной (измерительной) цепями, причем через проходное отверстие датчика тока пропущены оба проводника (входной и выходной) высоковольтных потребителей, а также исполнительное устройство, к входу которого подключен выход датчика тока, а выход исполнительного устройства включен в управляющую цепь контактора, и источник питания вышеуказанных устройств.
Недостатком данного устройства является небольшая чувствительность и отсутствие функции постоянной диагностики состояния электрической изоляции высоковольтных потребителей вагона, а также отсутствие селективности между дифференциальной защитой данного устройства и токовой защитой плавким предохранителем, что ограничивает его эксплуатационные характеристики.
Сущность полезной модели
В основу настоящей полезной модели поставлена задача создания устройства токовой защиты и диагностики высоковольтных потребителей вагона, обеспечивающей постоянную диагностику состояния электрической изоляции высоковольтных потребителей вагона, а также селективность срабатывания дифференциальной токовой защиты и защиты плавким предохранителем.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве токовой защиты высоковольтных потребителей вагона, содержащим однопроводную высоковольтную магистраль, корпус вагона, контактор, высоковольтные потребители вагона, вход которых подключен через контакт контактора к однопроводной высоковольтной магистрали, а выход к корпусу вагона, в цепи высоковольтных потребителей установлен датчик разбаланса токов, в качестве которого использован датчик тока на основе эффекта Холла с гальванической развязкой между первичной (силовой) и вторичной (измерительной) цепями, причем через проходное отверстие датчика тока пропущены оба проводника (входной и выходной) высоковольтных потребителей, а также исполнительное устройство, выход которого включен в управляющую цепь контактора, и источник питания вышеуказанных устройств, согласно полезной модели дополнительно введены усилитель, аналого-цифровой преобразователь и дисплей, при этом вход усилителя подключен к выходу датчика тока, а его выходы к входам исполнительного
устройства и аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к входу дисплея.
Кроме этого:
- выход исполнительного устройства снабжен элементом задержки сигнала.
Введение указанных отличий позволит значительно повысить чувствительность устройства, и обеспечить постоянную диагностику состояния электрической изоляции высоковольтных потребителей, а также обеспечить селективность срабатывания токовой дифференциальной защиты и плавкого предохранителя.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства.
Позициями на фиг.1 обозначены:
1 - однопроводная высоковольтная магистраль;
2 - корпус вагона;
3 - высоковольтные потребители;
4 - плавкий предохранитель;
5 - контактор;
6 - датчик разбаланса токов (датчик тока на основе эффекта Холла);
6.1 - проходное отверстие датчика разбаланса токов;
7 - усилитель;
8.1; 8.2 - провода (входной и выходной) высоковольтных потребителей 3;
9 - аналого-цифровой преобразователь;
10 - дисплей;
11 - исполнительное устройство;
11.1 - элемент задержки сигнала исполнительного устройства 11;
12 - источник питания.
Лучший вариант исполнения
Согласно фиг.1 предлагаемое устройство содержит однопроводную высоковольтную магистраль 1, корпус вагона 2, контактор 5, высоковольтные потребители 3 вагона. Вход высоковольтных потребителей 3 вагона через плавкий предохранитель 4 и замыкающий контакт контактора 5 подключен к однопроводной высоковольтной магистрали 1, а выход к корпусу вагона 2. В качестве датчика разбаланса токов 6, использован датчик тока на основе эффекта Холла с гальванической развязкой между первичной (силовой) и вторичной (измерительной) цепями типа LT. Через проходное отверстие 6.1 датчика разбаланса тока 6 пропущены оба проводника 8.1; 8.2 (входной и выходной) высоковольтных потребителей 3. Выход датчика разбаланса токов 6 подключен к входу усилителя 7, выход которого подключен к входу исполнительного устройства 11 и входу аналого-цифрового преобразователя 9, выход которого подключен к входу дисплея 10. Выход исполнительного устройства 11 включен в управляющую цепь контактора 5.
Исполнительное устройство 11 может быть снабжено элементом задержки сигнала 11.1. При этом время задержки выдачи сигнала исполнительного устройства 11 выбрано так, что оно превышает время срабатывания плавкого предохранителя при токах короткого замыкания и меньше времени срабатывания плавкого предохранителя при токовых перегрузках и частичных замыканиях высоковольтных потребителей.
Вышеуказанные составные части устройства подключены к источнику питания 12.
Работа устройства
Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии цепь выхода исполнительного устройства 11 замкнута и следовательно замкнута и цепь управления контактора 5,
последний включается и подает питание на высоковольтные потребители 3 вагона. При исправном состоянии высоковольтных потребителей 3 вагона токи в проводах 8.1; 8.2 равны по величине, а благодаря встречному протеканию тока в этих проводах, пропущенных через проходное отверстие 6.1 датчика разбаланса токов 6, результирующее магнитное поле в его первичной цепи равно нулю и следовательно компенсирующее магнитное поле его вторичной цепи тоже равно нулю, при этом нет компенсирующего тока на выходе датчика разбаланса токов 6.
Исполнительное устройство 11 продолжает оставаться в исходном состоянии, а следовательно и контактор 5 остается включенным.
При возникновении утечек тока в высоковольтных потребителях, ток в проводнике 8.2 снижается, а проводнике 8.1 возрастает. Соответственно возникает результирующее магнитное поле, которое, в свою очередь, вызывает появление компенсирующего магнитного поля во вторичной цепи датчика разбаланса токов 6, создаваемого его компенсирующим током. Компенсирующий ток, протекая по выходной цепи датчика разбаланса токов 6, усиливается усилителем 7 и подается на вход исполнительного устройства 11 и вход аналого-цифрового преобразователя 9, который в свою очередь подает цифровой сигнал на вход дисплея 10. Таким образом, на экране дисплея 10 в цифровом виде отображается текущее значение тока утечки в высоковольтных потребителях 3 выгона с сигнализацией опасных величин токов утечек, и обслуживающий персонал до возникновения аварийной ситуации может принять соответствующие меры для повышения изоляции этих потребителей.
Для вышеуказанной цели могут использоваться соответствующий аналого-цифровой вход и дисплей общего вагонного микропроцессорного контроллера.
В случае пробоя на корпус вагона 2 одного из элементов высоковольтных потребителей 3 вагона (частичное замыкание), например, в точке А на фиг.1 или недопустимых токах утечки в высоковольтных потребителях 3 вагона сигнал на входе исполнительного устройства 11 резко
возрастает и оно срабатывает, разрывая цепь управления контактора 5, который в свою очередь отключает высоковольтные потребители 3 вагона от высоковольтной магистрали 1.
Для обеспечения селективности срабатывания вышеуказанной дифференциальной защиты и срабатывания плавкого предохранителя служит элемент задержки сигнала 11.1 исполнительного устройства 11, время выдержки которого превышает время срабатывания плавкого предохранителя 4, при токах короткого замыкания и меньше времени срабатывания плавкого предохранителя 4 при токовых перегрузках и частичных замыканиях высоковольтных потребителей 3 вагона.
Таким образом, при больших токах замыкания на корпус, которые превышают коммутационные способности контактора 5, сначала срабатывает плавкий предохранитель 4, а затем без разрыва тока с помощью дифференциальной защиты отключается контактор 5.
При токах меньших вышеуказанных срабатывает только дифференциальная защита, отключающая контактор 5.
Из рассмотренного видно, что введение совокупности вышеуказанных отличительных признаков позволит значительно расширить функциональные возможности и эксплуатационные качества устройства.
Промышленная применимость
Испытан макетный образец устройства и ведется разработка конструкторской документации.
Источники информации
1. Устройство токовой защиты высоковольтных потребителей пассажирского вагона. Свидетельство РФ №9093 на полезную модель, МПК Н 01 Н 83/00, 1998 г, прототип.