УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
DEVICE FOR MONITORING SHORT CIRCUIT IN ALTERNATING CURRENT OVERHEAD SYSTEM

Изобретение относится к системе автоматизации электроснабжения электрических железных дорог, а именно к устройствам контроля короткого замыкания в контактной сети переменного тока.
Известно устройство контроля короткого замыкания в контактной сети переменного тока [1], содержащее трансформатор остаточного напряжения контактной сети, первичная обмотка которого подключена к одному из выключателей контактной сети, снабженному реле-повторителем его отключенного состояния, реле запуска, первый вход катушки которого подключен через последовательно соединенные замыкающие контакты реле-повторителей защит выключателя к "минусу" источника питания, а второй вход - непосредственно к "плюсу" источника питания, фильтр высших гармонических составляющих остаточного напряжения, вход которого подключен к вторичной обмотке трансформатора остаточного напряжения контактной сети через замыкающий с задержкой контакт реле запуска, фильтр низкой частоты (ФНЧ) с областью пропускания 0-40 Гц, усилитель и выходное реле, при этом вход ФНЧ подключен к выходу фильтра высших гармонических составляющих остаточного напряжения, а выход ФНЧ - к входу усилителя, причем выход усилителя подсоединен к входу выходного реле.
Данное устройство является наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению и выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа).
Недостатком этого устройства является невозможность определения наличия (отсутствия) короткого замыкания (КЗ) при отсутствии электроподвижного состава (ЭПС) в контактной сети.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности функционирования за счет определения наличия КЗ в отключенной контактной сети при отсутствии ЭПС.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство контроля короткого замыкания в контактной сети переменного тока, содержащее трансформатор остаточного напряжения контактной сети, первичная обмотка которого подключена к одному из выключателей контактной сети, реле запуска, первый вход катушки которого подключен через последовательно соединенные замыкающие контакты реле-повторителей защит выключателя к "минусу" источника питания, а второй вход - непосредственно к "плюсу" источника питания, фильтр высших гармонических составляющих остаточного напряжения, вход которого подключен к вторичной обмотке трансформатора остаточного напряжения контактной сети через замыкающий с задержкой контакт реле запуска, фильтр низкой частоты (ФНЧ) с областью пропускания 0-40 Гц, усилитель и выходное реле, при этом вход ФНЧ подключен к выходу фильтра высших гармонических составляющих остаточного напряжения, а выход ФНЧ - к входу усилителя, причем выход усилителя подсоединен к входу выходного реле, согласно изобретению, введены компаратор и реле времени с замыкающим с задержкой контактом, выключатель снабжен реле-повторителем его отключенного состояния с замыкающим контактом, причем цепь из последовательно соединенных катушки реле времени и замыкающего контакта реле-повторителя отключенного состояния выключателя включена параллельно катушке реле запуска, вход компаратора через замыкающий с задержкой контакт реле времени подключен к выходу фильтра высших гармонических составляющих остаточного напряжения, а выход компаратора подключен к входу усилителя.
Указанная новая совокупность существенных признаков устройства контроля короткого замыкания в контактной сети переменного тока позволяет при отсутствии ЭПС в отключенном участке контактной сети по величине электрического влияния наведенного напряжения от линии продольного электроснабжения 27,5 кВ "Два провода - рельс" (ДПР) определить наличие (или отсутствие) устойчивого КЗ в контактной сети.
Охарактеризованное указанными выше существенными признаками изобретение на дату подачи заявки не известно в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям критерия "новизна".
Изобретение может быть реализовано промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствует требованиям критерия "промышленная применимость".
Заявителем не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с совокупностью отличительных признаков заявляемого изобретения, обеспечивающей достижение заявляемого технического результата, в связи с чем можно сделать вывод о соответствии условию патентоспособности "изобретательский уровень".
На чертеже представлена схема устройства контроля короткого замыкания в контактной сети переменного тока.
Устройство содержит трансформатор 1 остаточного напряжения контактной сети, реле 2 запуска, первый вход катушки 3 которого подключен через последовательно соединенные замыкающие контакты 4 и 5 реле-повторителей защит выключателя контактной сети (реле-повторители на чертеже не показаны) к "минусу" источника питания, а второй вход - непосредственно к "плюсу" источника питания, фильтр 6 высших гармонических составляющих остаточного напряжения, вход которого подключен к вторичной обмотке трансформатора 1 остаточного напряжения контактной сети через замыкающий с задержкой контакт 7 реле 2 запуска.
К выходу фильтра 6 высших гармонических составляющих остаточного напряжения подключен фильтр 8 низкой частоты (ФНЧ 8) с областью пропускания 0-40 Гц, при этом выход ФНЧ 8 подключен к входу усилителя 9, выход которого подсоединен к входу выходного реле 10.
В устройство дополнительно введены компаратор 11, реле времени с катушкой 12 и замыкающим с задержкой контактом 13 и реле-повторитель отключенного состояния выключателя контактной сети (на чертеже не показано) с замыкающим контактом 14, причем цепь из последовательно соединенных катушки 12 реле времени и замыкающего контакта 14 реле-повторителя отключенного состояния выключателя контактной сети включена параллельно катушке 3 реле 2 запуска. Вход компаратора 11 через замыкающий с задержкой контакт 13 реле времени подключен к выходу фильтра 6 высших гармонических составляющих остаточного напряжения, а выход компаратора 11 подключен к входу усилителя 9.
Первичная обмотка трансформатора 1 остаточного напряжения контактной сети подключена к одному из выключателей (на чертеже - 15) контактной сети 16, снабженному реле-повторителем его отключенного состояния (последнее на чертеже не показано) с замыкающим контактом 14.
Контактная сеть 16 с постом секционирования 17 подключена через выключатели 15, 18, 19, 20 к шинам 21 и 22 тяговых подстанций. Линия ДПР 23 подключена через выключатель 24 к шине 21 тяговой подстанции.
Устройство контроля короткого замыкания в контактной сети переменного тока работает следующим образом.
При наличии ЭПС и в случае проходящего КЗ отключаются выключатели 15, 18, 19, 20, запускается от защиты выключателя 15 (замыкаются контакты 4 и 5) реле 2 запуска и от трансформатора 1 остаточного напряжения контактной сети 16 через замыкающий с задержкой контакт 7 реле 2 запуска подается напряжение на фильтр 6 (остаточное напряжение генерируется в контактную сеть фазорасщепителями ЭПС). Далее ФНЧ 8 определяет, что частота остаточного напряжения ниже 40 Гц и через усилитель 9 включает выходное реле 10, которое осуществляет быстродействующее автоматическое повторное включение (БАПВ) выключателя 15.
Однако в этой же ситуации при отсутствии ЭПС на отключенном участке контактной сети остаточное напряжение будет равно нулю и тогда невозможно определить, результат ли это устойчивого КЗ или же отсутствия ЭПС.
В этом случае в изобретении используется эффект наведенного напряжения от ДПР [2], расположенной на опорах контактной сети (с полевой стороны). Указанная линия предназначена для электроснабжения нетяговых потребителей сравнительно небольшой мощности, расположенных вдоль железной дороги. Поэтому наведенное напряжение определяется в основном электрическим влиянием, наведенное напряжение от магнитного влияния ДПР по опытным данным в 10…30 раз меньше, чем от электрического.
По опытным данным наведенное напряжение, замеренное трансформатором напряжения на различных участках контактной сети системы 25 и 2×25 кВ равно 2,6…7,1 кВ (при отсутствии устойчивого КЗ), а при КЗ на контактной сети не превышало 80…350 В (как результат магнитного влияния).
Таким образом, если после отключения выключателей 15, 18-20 остаточное напряжение отсутствует, то устройство работает следующим образом.
При отключенном выключателе 15 замыкается контакт 14 реле-повторителя отключенного состояния выключателя 15, катушка 12 реле времени подключается к источнику питания «+» и «-», реле времени срабатывает и замыкается его контакт 13. Таким образом, напряжение от трансформатора 1 остаточного напряжения, который в этом случае контролирует наведенное напряжение в контактной сети 16 от ДПР 23, через контакт 7, фильтр 6 и контакт 13 подается на компаратор 11.
Компаратор должен определить: измеряемое напряжение больше указанного 80…350 В (с запасом принимается Uo=500 B)? Если - да, то КЗ отсутствует.
Таким образом, если напряжение U от трансформатора 1 остаточного напряжения больше Uo, то подается команда на выходное реле 10 через усилитель 9 и далее происходит включение выключателя 15.
Если же U меньше Uo, то это значит КЗ - устойчивое, и включение выключателя не произойдет.
Уставка реле времени на замыкание контакта 13 должна превышать время отключения выключателей 15, 18-20 от защит (с учетом их каскадного действия) и с запасом составляет 0,8…1 сек.
Таким образом, окончательно алгоритм работы устройства следующий.
1. После отключения выключателей 15, 18-20 включаются в работу фильтры 6 и 8 и при наличии остаточного напряжения срабатывает выходное реле 10 и включается выключатель 15 по БАПВ.
2. Если же остаточное напряжение отсутствует, то через 0,6…1 сек подается напряжение на компаратор 11.
3. При U больше Uo через усилитель 9 подается команда на срабатывание выходного реле 10 и далее на включение выключателя 15.
4. При U меньше (или равно) Uo команда на включение выключателя 15 не подается (так как определен признак устойчивого КЗ в контактной сети).
Если по БАПВ команда на включение выключателя подается через 0,5 сек, то при отсутствии ЭПС и проходящих КЗ команда на включение выключателя 3 будет подана несколько позже - через 0,8…1 сек. Но это не существенно - так как в этом случае нет потребителя (ЭПС) в контактной сети.
Источники информации
1. Патент РФ №2316779, МПК G01R 31/02 "Устройство контроля короткого замыкания в контактной сети переменного тока". Авторы Герман Л.А. и др., опубл. 10.02.2008, Бюл. №4.
2. Ратнер М.П., Могилевский Е.Л. Электроснабжение нетяговых потребителей железных дорог. - М.: Транспорт, 1985. - 295 с., главы 3 и 4.