УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗОЛЯЦИИ И ЗАЩИТЫ ПЕРЕДВИЖНЫХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

Предполагаемое изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для защиты человека от поражения электрическим током и контроля состояния изоляции электроустановок на пневмоколесах,преимущественногородскихтроллейбусов,
эксплуатируемых в сетях как с изолированным, так и с заземленным отрицательным полюсом.
Известно устройство для измерения токов утечки и защитного отключения троллейбуса 1.
Основными элементами устройства являются блок измерения и чувствительный элемент, выполненный в виде индикатора тока утечки. Кроме этого, устройство содержит блок обеспечения бестоковых пауз, схему программного управления, коммутируемые выключатели и схему контроля отключения. Блок измерения через токовые ключи подключается к силовым цепям троллейбуса, а через образцовый резистор - к его корпусу. Для измерения токов утечки создается режим бестоковых пауз с отключением троллейбуса от питающей сети на время проведения измерений. При этом электронные узлы устройства питаются от оперативного источника, подключенного к бортовой аккумуляторной батарее.
Существенным недостатком известного устройства является косвенное измерение тока утечки. Его значение определяется в зависимости от измеренной величины сопротивления изоляции корпуса троллейбуса, что вносит значительные погрешности в показания индикатора тока утечки. При этом допускается большая перезащита и отключения троллейбуса при допустимых токах утечки.
Устройство пожароопасно, так как оно подключается непосредственно к силовой сети 600В и значительно повышает потребление электроэнергии троллейбусом за счет необходимости создания бестоковых пауз в силовой сети для производства измерений.
Известно устройство для контроля изоляции и защиты передвижных электроустановок, которое содержит аналогично заявляемому неравновесный мост, в диагональ которого включен чувствительный элемент. Одной парой плеч моста являются сопротивления изоляции полюсов сети питания электроустановки относительно корпуса, второй сопротивления изоляции полюсов сети относительно земли 2, глава 3.
Данное техническое решение является наиболее близким к заявляемому по совокзшности существенных признаков и выбрано в качестве прототипа.
Чувствительный элемент прототипа представляет собой слаботочное реле, реагирующее на токи утечки, превыщающие допустимое значение. При этом водителю троллейбуса подается предупредительный световой или звуковой сигнал.
Устройство работает следующим образом: при повреждении изоляции троллейбуса ток утечки, проходящий через диагональ моста возрастает. Когда его величина достигает ЗмА, контакты реле замыкаются и происходит срабатывание предупредительной сигнализации. После срабатывания сигнализации водитель троллейбуса должен самостоятельно принять рещение о возможности дальнейшей эксплуатации электроустановки.
Основными недостатками прототипа являются невозможность дифференцированно реагировать на различные величины токов утечки, осуществлять автоматическое отключение троллейбуса при появлении токов, опасных для жизни человека, и отключение самого устройства во избежание его повреждения при замыкании контактного провода на корпус электроустановки.
Применение в качестве чувствительного элемента слаботочного реле с малым усилением на контактах и неизбежной вибрацией их во время движения, вызывает подачу ложных сигналов, что может привести к необоснованным отключениям электроустановки водителем. Кроме этого, в прототипе не предусмотрена возможность контрольных проверок состояния изоляции на маршруте и контроля наличия контакта между подвижными электродами и дорожным покрытием.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать устройство для контроля изоляции и защиты передвижных электроустановок за счет использования новой схемы чувствительного элемента с обеспечением гальванической развязки цепей измерения от цепи питающего напряжения электронных узлов.
Поставленная задача рещается тем, что в устройство для контроля изоляции и защиты передвижных электроустановок, содержащее неравновесный мост, одной парой плеч которого являются сопротивления изоляции полюсов сети питания электроустановки относительно корпуса, второй - сопротивления изоляции полюсов сети относительно земли и чувствительный элемент, включенный в диагональ моста, согласно изобретению, введен блок гальванической развязки цепей измерения от цепи питающего напряжения электронных узлов, чувствительный элемент выполнен в виде многоступенчатого делителя напряжения, выходы которого соединены с соответствующими входами блока сравнения. При этом блок гальванической развязки цепей измерения от цепи питающего напряжения электронных узлов содержит трансформаторный преобразователь
ПОСТОЯННОГО тока в переменный, выход которого подключен к входу выпрямителя, объединенного своим выходом со входом заграждающего фильтра, выход которого соединен со входом стабилизатора. Кроме этого, устройство снабжено высокочастотным фильтром, выход которого подключен к входу делителя напряжения, и усилителем постоянного тока, подключенным между делителем напряжения и блоком сравнения. Устройство содержит также последовательно соединенные блок технологической сигнализации и блок числовой индикации, при этом вход блока технологической сигнализации объединен с первым выходом блока сравнения; блок аварийной сигнализации и блок отключения питания электроустановки, входы которых подключены ко второму выходу блока сравнения, и блок отключения устройства, соединенный своим входом с третьим выходом блока сравнения.
Использование в составе чувствительного элемента предполагаемого изобретения делителя напряжения позволяет получать несколько независимых значений напряжений, пропорциональных токам утечки.
Каждому значению соответствует определенный уровень тока, характеризующий состояние изоляции троллейбуса. Полученные значения поступают в блок сравнения, где они обрабатываются и сравниваются с эталонными величинами. В зависимости от результата сравнения принимается рещение о возможности дальнейшей эксплуатации электроустановки. В случае, если повреждение изоляции незначительно, и ток утечки не представляет опасности для жизни человека, срабатывает блок технологической сигнализации, информирующий водителя троллейбуса об ухудшении состояния изоляции. Данное состояние может быть допустимым, например, если оно вызвано кратковременными повышениями напряженния питающей сети.
Дальнейщее увеличение тока утечки вызывает срабатывание блока аварийной сигнализации и обеспечивает автоматическое отключение питания троллейбуса.
При значительном повреждении изоляции, коротком замыкании внутри самого устройства или замыкании одного из полюсов сети на корпус электроустановки, информация с блока сравнения поступает в блок отключения устройства, который производит его отключение.
Наличие гальванической развязки цепей измерения от цепи питающего напряжения электронных узлов устраняет влияние токов утечки бортовой системы 24В на величину измеряемых токов и исключает погрещности в работе блока сравнения, усилителя постоянного тока, блоков сигнализации и отключения.
Применение высокочастотного фильтра исключает возможность ложных срабатываний из-за наличия в сети постоянного тока высокочастотных помех; усилитель постоянного тока обеспечивает точность и стабильность работы устройства, способствует расширению его функциональных возможностей.
На фиг.1 представлена схема подключения устройства контроля изоляции, на фиг.2 - схема замещения.
Устройство подключается между корпусом троллейбуса К и подвижными электродами/ Э и Э2. Применение подвижных электродов позволяет непрерывно контролировать токи утечки между корпусом электроустановки и дорожным покрытием Д.П., а также наличие контакта между подвижными электродами и дорожным покрытием на контрольных участках К.У. R и Rnep - сопротивление шин и переходное сопротивление между дорожным покрытием и землей соответственно.
Сопротивления изоляции полюсов сети питания электроустановки относительно корпуса .к. R из.к. и сопротивления изоляции полюсов сети относительно земли R%, Rc образуют плечи неравновесного моста, в диагональ которого включен чз вствительный элемент Ч.Э. Возможное заземление отрицательного полюса сети показано переключателем П.
Контрольный участок К.У. предназначен для контрольных проверок состояния изоляции троллейбуса на маршруте.
Функциональная схема конкретного варианта исполнения заявляемого устройства изображена на фиг.З. Устройство контроля и зашиты передвижных электроустановок содержит высокочастотный фильтр 1, входы которого подключены к подвижным электродам Э и Эт и корпусу троллейбуса К. Выход фильтра 1 соединен со входом делителя напряжения 2, подключенным через усилитель постоянного тока 3 к входам блока сравнения 4. Первый выход блока сравнения 4 объединен со входом блока технологической сигнализации 5, выход которого подключен к блоку числовой индикации 6, предназначенному для фиксации числа срабатываний технологической сигнализации. Второй выход блока сравнения 4 подключен ко входам блока аварийной сигнализации 7 и блока отключения питания электроустановки 8. Третий выход блока сравнения 4 соединен со входом блока отключения устройства 9. Цепи питания электронных узлов подключены к блоку гальванической развязки 10 цепей измерения от цепи питающего напряжения.
В устройстве предусмотрены также кнопка проверки схемы измерений и сигнализации Ни кнопка проверки гальванической связи подвижных электродов с дорожным покрытием 12.
Функциональная схема блока гальванической развязки 10 выполнена на фиг.4. Блок 10 состоит из трансформаторного преобразователя постоянного тока в переменный 13, выход которого подключен к входу выпрямителя 14. Выход выпрямителя 14 объединен со входом заграждающего фильтра 15, подключенного своим выходом ко входу стабилизатора 16. Со стабилизатора 16 напряжение питания подается на электронные узлы устройства контроля изоляции.
Высокочастотный фильтр представляет собой RC-звено, содержащее в своем составе неполярный конденсатор, например, типа К76П и проволочный резистор, выдерживающий нагрузку 25-50Вт. Делитель напряжения строится на любых щирокораспространенных резисторах, например, типа МЛТ. Усилитель постоянного тока выполнен в виде эмиттерного повторителя на транзисторах « «-проводимости, например, типа КТ315, КТ3102. В блоке сравнения используется компаратор типа К554САЗ. Технологическая и аварийная сигнализация строятся на светодиодах типа ЮИ1ТМО-43. Блок числовой индикации состоит из двоично-десятичного счетчика серии К155, дешифратора типа КР5144Д1 и семисегментного индикатора типа ЬСИПМО-43. Блок отключения питания электроустановки выполнен с использованием транзисторного оптрона типа АОТ110 и мощных транзисторных ключей, коммутирующих электромагниты. В качестве ключей можно использовать транзисторы типа КТ827. Блок отключения устройства может быть реализован с применением реле с током коммутации не менее ЮОмА. Блок гальванической развязки включает преобразователь, выполненный на ;7и/7-транзисторах, например, типа КТ814, трансформатор изготовленный на основе ферритовых чашек, выпрямитель на базе любых высокочастотных диодов с прямым током от 50мА. Заграждающий фильтр - емкостной на базе конденсатора типа К50-35; стабилизатор строится на стандартном стабилитроне с напряжением стабилизации Юн-12В и током стабилизации не менее 15мА.
Подвижные электроды выполняются в виде цепей из износоустойчивой закаленной стали, а контрольный участок представляет собой заземленный металлический лист.
Устройство для контроля изоляции и защиты передвижных электроустановок работает следуюш;им образом. Разность потенциалов между корпусом троллейбуса и подвижными электродами поступает на вход высокочастотного фильтра 1, обеспечивающего защиту устройства от ложных срабатываний под воздействием высокочастотных составляющих и кратковременных импульсов в -сети постоянного тока питающего напряжения 600В. Разность потенциалов с выхода фильтра 1 подается на йход делителя напряжения 2. Делитель напряжения 2 формирует значения напряжения, пропорциональные токам утечки. Далее сигналы поступают в усилитель тока 3, усиливаются и подаются в блок сравнения 4, где производится операция сравнения полученных знаний с эталонными величинами. Визуально значения токов утечки могут контролироваться с помощью индикатора тока, подключенного к усилителю 3 или блоку сравнения 4. При достижении током утечки величины ЗмА срабатывает блок технологической сигнализации 5, подается свето-звуковой сигнал и импульс на блок числовой индикации 6. При значении тока утечки 15 мА срабатывают блок аварийной сигнализации 7 и блок отключения питания троллейбуса 8. Дальнейший рост тока вызывает срабатывание блока отключения устройства 9.
Устройство испытывали на троллейбусе типа ЮМЗ-Т1 в троллейбусном парке.
Изменения сопротивления изоляции троллейбуса производили путем подключения дополнительных сопротивлений Кдоп. между положительным полюсом сети и корпусом. Питающая сеть 600В была выполнена с заземленным отрицательным полюсом. При подключении Кдоп 220кОм ток утечки между корпусом и землей составил 3,ОмА, при этом загорелась красная лампа Утечка и сработала звуковая сигнализация блока технологической сигнализации. Аналогичная картина наблюдалась при подключении Кдоп.197кОм и токе утечки 3,4мА.
Подключение напряжения +600В к корпусу троллейбуса вызвало загорание ламп Утечка, Авария, звуковой сигнал блока аварийной сигнализации и автоматическое отключение устройства от сети 600В. При этом ток утечки был более 15мА.
Устройство может применяться в стационарных условиях троллейбусного парка для контроля токов утечки. При этом не обязательно стационарное подключение его к корпусу троллейбуса, а вместо подвижных электродов может использоваться стационарное заземление.
Результаты испытаний показали работоспособность устройства и надежность в эксплуатации.
Источники информации:
1.Патент Российской Федерации № 2017300, опубл. 30.07.94, МКИ НО2ПЗ/16.
2.Д.К.Томлянович, В.И. Чубуков. Защита устройств электроснабжения троллейбусов. Москва, Транспорт, 1980.