УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ОТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ НА КОРПУС И ПЕРЕГРЕВОВ

Полезная модель относится к электротехническим устройствам, конкретно к устройствам защиты электрических цепей от коротких замыканий (КЗ) и перегревов и может быть использовано в схемах электропривода, в частности, в силовых цепях электровозов.
У
Известны устройства защиты электрических цепей от коротких замыканий в силовой цепи электровозов. (Электровозы ВЛ 10 и ВЛ 10. Руководство по эксплуатации /Под ред. О.А.Кикнадзе. - М..: Транспорт, 1981. 519 с.).
Эти устройства защиты от коротких замыканий в силовой цепи электровозов содержат быстродействующий автоматический выключатель (БВ-1) и дифференциальное реле, которые соответственно защищают силовую цепь от больших и малых токов короткого замыкания. Для срабатывания защиты в режиме рекуперации в ее схему вводятся дополнительно быстродействующие контакторы БК-2Б (по два на каждую секцию), индуктивные шунты, разрядные резисторы и блок полупроводниковых вентилей. В этом же режиме в работе схемы принимают участие генераторы преобразователи и электрические двигатели вспомогательных машин.
Недостатком устройства является сложность электрической схемы и наличие большого количества контактных элементов и вращающихся электрических машин, что приводит к снижению ее надежности и быстродействия. Кроме этого, указанная схема защиты обладает низкой чувствительностью и является по сути не предотвращающей, а регистрирующей КЗ. При этом токи через изоляцию в защищаемой цепи в режиме рекуперации могут колебаться в пределах от 35 (ток уставки БК-2Б) до 2500 А (предельный отключаемый ток БК-2Б).
Вышеописанное устройство выбрано авторами в качестве аналога.
Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство для защиты электрических цепей от коротких замыканий на корпус двигателей (А.С. СССР №712887 МПК Н02Н 3/14. Устройство для защиты электрической цепи от короткого замыкания на корпус, авторы Гордеев И.П. и др., опубл. 30.01.1980 г. БИ №4). Это устройство содержит реагирующий элемент, включенный между одним из полюсов источника питания и корпусом, регулировочный резистор, исполнительный элемент, развязывающие конденсаторы, конденсатор эквивалентной емкости питающей цепи относительно корпуса, дополнительный источник питания переменного тока, при этом развязывающие конденсаторы подключены одним общим выводом к одному из полюсов основного источника питания, а другими - к регулировочному резистору и включены по схеме моста, в диагональ которого включена последовательная цепь из реагирующего, исполнительного элементов и конденсатора эквивалентной емкости питающей цепи относительно корпуса, а дополнительный источник питания переменного тока подключен к регулировочному резистору. При этом силовая цепь не имеет контактной точки с корпусом защищаемых устройств (электрических машин). Контактная точка с корпусом защищаемых устройств имеется только в схеме защиты. Недостатком этого устройства является то, что оно не может быть использовано в силовых цепях, у которых вторым проводом является корпус устройства или рельс, например, в силовых цепях электровозов.
Данное техническое решение принято авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является упрощение схемы, повышение чувствительности, быстродействия и возможность использования ее в силовых цепях, у которых вторым проводом является корпус устройства
или рельс, например, в силовых цепях электровозов для защиты от корпусных замыканий и перегревов.
Технический результат достигается тем, что в устройстве защиты электрических цепей от короткого замыкания на корпус и перегревов, содержащем источник переменного тока, исполнительный элемент и измерительный мост, одним плечом которого является конструктивная емкость защищаемой электрической цепи и эквивалентная емкость, во второе плечо измерительного моста введена вторая эквивалентная емкость и параллельная цепь из переменных резистора и конденсатора, причем источник переменного тока подключен к защищаемой силовой цепи и измерительному мосту через разделительный конденсатор.
Отсутствие в предлагаемой схеме второго развязывающего конденсатора и резистора баланса моста позволяет упростить и увеличить чувствительность и быстродействие схемы, а наличие дополнительной эквивалентной емкости и цепочки из параллельно включенных регулируемых конденсатора и резистора, включенных в схему защиты вышеописанным образом, позволяет использовать ее в устройствах, у которых вторым проводом является корпус устройства или рельс, например, в силовых цепях электровозов для защиты их от корпусных замыканий и перегревов.
На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства защиты электрических цепей от корпусных замыканий и перегревов применительно к электровозам, например, ВЛ 10 (ВЛ 10 У).
На фиг.2 представлена эквивалентная принципиальная схема устройства защиты электрических цепей от корпусных замыканий и перегревов.
На фиг.3 представлена принципиальная схема выключения быстродействующего выключателя электровоза ВЛ 10 (ВЛ 10 У).
На фиг.4 представлена типовая зависимость электрической емкости обмоток якорей ТЭД от температуры и напряжения промышленной частоты.
Устройство защиты электрических цепей от корпусных замыканий и перегревов содержит (см. фиг.1) разделительный конденсатор 1, первую эквивалентную емкость 2, защищаемую электрическую цепь 3 (силовую цепь одной тяговой тележки электровоза типа ВЛ 10 (ВЛ 10 У), реагирующее и исполнительное реле 4, регулируемый конденсатор 5, источник переменного тока 6, вторую эквивалентную емкость 7 и регулируемый резистор 8.
Устройство работает следующим образом. Конструктивная емкость электрической машины 3 включена последовательно с первой эквивалентной емкостью 2, образуя одно плечо измерительного моста (см эквивалентную упрощенную схему устройства на фиг.2). Второе плечо измерительного моста образовано последовательно включенными второй эквивалентной емкостью 7 и параллельной цепочкой из переменных конденсатора 5 и резистора 8. Плечи измерительного моста питаются переменным током от источника переменного тока 6 через разделительный конденсатор 1. В диагональ полученного измерительного моста включено реагирующее и исполнительное реле 4.
В штатном режиме работы силовой цепи, при отсутствии в ней корпусных замыканий и перегревов изоляции свыше допустимых пределов, плечи измерительного моста уравновешены и реле 4 обесточено. При возникновении корпусного замыкания в любом режиме силовой цепи и в любой ее части конструктивная емкость 3 стремится к бесконечности, что приводит к неравенству напряжений в точках подключения реле 4 и через него будет протекать ток, вызывая его срабатывание. Срабатывание реле, например, в силовой цепи электровоза ВЛ 10 (ВЛ 10 У) приведет к разрыву цепи питания удерживающей катушки быстродействующего
выключателя БВ и снятию с силовой цепи питающего напряжения контактной сети.
При изменении температуры изоляции обмоток электрической машины постоянного тока их конструктивная емкость 3 (см. фиг.2) будет изменяться в зависимости от частоты и величины приложенного напряжения источника 6, в соответствии с одним из графиков, представленных на фиг 3 (Гордее И.П. Исследование и разработка методов повышения надежности корпусной изоляции якорей тяговых электродвигателей тепловозов: Дисс. канд. Техн. Наук. - м.: 1980. - 211 с.).
При достижении температуры допустимого перегрева, соответствующей классу изоляции силовой цепи и максимально допустимой температуры охлаждающей среды в регионе ее эксплуатации конструктивная емкость силовой цепи 3 увеличивается и достигает величины, при которой наступает разбалансировка измерительного моста (настройка моста на соответствующие температуры перегрева и окружающей среды производится переменными конденсатором 5 и резистором 8). При этом срабатывает регистрирующее и исполнительное реле 4, защищая изоляцию силовой цепи от перегрева.
Предлагаемое устройство позволяет:
а) защищать силовые цепи силовых электроустановок, у которых вторым проводом является корпус устройства или рельс, например, силовые цепи электровозов, не только от коротких замыканий, но и от перегревов при одновременном упрощении схемы и повышении ее чувствительности, быстродействия и надежности;
в) снизить денежные и трудовые затраты при изготовлении, монтаже и демонтаже устройств для защиты электрических силовых цепей электроустановок от корпусных замыканий и перегревов.