СИСТЕМА БЕЗОПАСНОГО ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ И ТОКОВ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЦЕПЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗА
SAFE VOLTAGE AND CURRENT MEASUREMENT SYSTEM FOR HIGH-VOLTAGE CIRCUITS OF ELECTRIC LOCOMOTIVE

Изобретение относится к области систем измерения высоковольтных сигналов для тягового подвижного состава.
Известна штатная схема электровоза постоянного тока серий ВЛ10, ВЛ11, реализующая способ измерения напряжений и токов высоковольтных цепей электровоза при котором используется контактный метод измерения напряжения и токов силовой цепи (Э.С. Вохмянин, В.Ю. Чумаков, «Электрические схемы электровозов ВЛ11 и ВЛ11м», Москва, ИКЦ «Академкнига», 2003, вкладка с электрическими схемами).
Недостатком известного решения является повышенная опасность поражения локомотивной бригады или обслуживающего персонала электрическим током высокого напряжения, т.к. к измерительным приборам в кабине машиниста подводится высокое напряжение.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение безопасности системы измерения высоковольтных сигналов, путем исключения возможности поражения локомотивной бригады и обслуживающего персонала локомотивных депо электрическим током высокого напряжения от измерительных приборов, расположенных на пульте машиниста, а также исключение разрушающего воздействия высокого напряжения на указанные приборы при аварийных режимах работы высоковольтного оборудования электровоза.
Указанный технический результат достигается тем, что система измерения напряжений и токов высоковольтных цепей электровоза содержит связанные со схемой силовых цепей электровоза высоковольтный предохранитель, первый и второй измерительные шунты, киловольтметр, первый и второй амперметры и измерительные преобразователи, причем первый измерительный преобразователь входом связан с выходом высоковольтного предохранителя, а выходом - с киловольтметром, второй измерительный преобразователь входом связан с выходом первого измерительного шунта, а выходом связан с первым амперметром, третий измерительный преобразователь входом связан с выходом второго измерительного шунта, а выходом - с вторым амперметром, блок питания входом связан со схемой цепей управления электровоза, а выходом - с входами питания первого, второго и третьего измерительных преобразователей, а выходы первого, второго и третьего измерительных преобразователей гальванически развязаны от соответствующих измерительных входов и являются низковольтными, т.е. с безопасным для человека уровнем напряжения.
Заявляемое решение конкретизировано на фиг.1, где представлена структурная схема заявляемой системы измерения.
Заявляемая система содержит схему силовых цепей электровоза 1, выходы которой связаны с входами высоковольтного предохранителя 2, первого измерительного шунта 3 и второго измерительного шунта 4. Выход высоковольтного предохранителя 2 связан с входом первого измерительного преобразователя 5, выход первого измерительного шунта 3 связан с входом второго измерительного преобразователя 6, а выход второго измерительного шунта 4 связан с входом третьего измерительного преобразователя 7. Система снабжена блоком питания 8, выход которого связан со вторыми входами измерительных преобразователей 5, 6 и 7. Выход первого измерительного блока 5 связан с входом киловольтметра 9, выход второго измерительного блока 6 связан с входом первого амперметра 10, а выход третьего измерительного блока 7 связан с входом второго амперметра 11. Система содержит также схему цепей управления электровоза 12, выход которой связан с входом блока питания 8.
Схема силовых цепей электровоза 1 предназначена для обеспечения питания тяговых двигателей электровоза в соответствии с заданным режимом работы.
Высоковольтный предохранитель 2 предназначен для защиты высоковольтных цепей электровоза от короткого замыкания в измерительных цепях.
Первый измерительный шунт 3 предназначен для формирования измерительного сигнала, пропорционального величине тока в цепи якоря тягового двигателя.
Второй измерительный шунт 4 предназначен для формирования измерительного сигнала, пропорционального величине тока в цепи обмотки возбуждения тягового двигателя.
Первый измерительный преобразователь 5 предназначен для преобразования входного высоковольтного сигнала, равного величине напряжения в контактной сети и поступающего из схемы силовых цепей электровоза через высоковольтный предохранитель 2, в гальванически развязанный низковольтный выходной сигнал, величина которого пропорциональна величине входного сигнала.
Второй измерительный преобразователь 6 предназначен для преобразования входного высоковольтного сигнала, поступающего от первого измерительного шунта 3, включенного в цепь якоря тягового электродвигателя, являющуюся частью схемы силовых цепей электровоза, в гальванически развязанный низковольтный выходной сигнал, величина которого пропорциональна величине входного сигнала, а направление тока в выходной цепи изменяется в соответствии с изменением направления тока во входной высоковольтной цепи.
Третий измерительный преобразователь 7 предназначен для преобразования входного высоковольтного сигнала, поступающего от второго измерительного шунта 4, включенного в цепь обмотки возбуждения тягового электродвигателя, являющуюся частью схемы силовых цепей электровоза, в гальванически развязанный низковольтный выходной сигнал, величина которого пропорциональна величине входного сигнала.
Блок питания 8 получает питание от схемы цепей управления электровоза 12 и формирует стабилизированное напряжение для питания измерительных преобразователей 5, 6, 7.
Киловольтметр 9 предназначен для измерения низковольтного сигнала, поступающего от первого измерительного преобразователя 5, и отображения его значения в виде положения стрелки относительно цифровой шкалы. При этом указанное значение цифровой шкалы является измеренным значением напряжения контактной сети.
Первый амперметр 10 предназначен для измерения низковольтного сигнала, поступающего от второго измерительного преобразователя 6, и отображения его значения в виде положения стрелки относительно цифровой шкалы. При этом указанное значение цифровой шкалы является измеренным значением тока якоря тягового электродвигателя.
Второй амперметр 11 предназначен для измерения низковольтного сигнала, поступающего от третьего измерительного преобразователя 7, и отображения его значения в виде положения стрелки относительно цифровой шкалы. При этом указанное значение цифровой шкалы является измеренным значением тока возбуждения тягового электродвигателя.
Схема цепей управления электровоза 12 является источником питания блока питания 8. При этом точка подключения к схеме цепей управления выбирается так, чтобы входное напряжение на блок питания 8 подавалось непосредственно перед поднятием токоприемника (т.е. перед подачей высокого напряжения на оборудование электровоза).
Заявляемая система реализует бесконтактный способ измерения, при котором применяются штатные измерительные шунты электровоза и гальванически развязанные измерительные преобразователи напряжения.
Система позволяет производить измерения для каждой секции электровоза одинаковым комплектом оборудования, в который входят: высоковольтный предохранитель, первый и второй измерительные шунты, первый, второй и третий измерительные преобразователи, блок питания, киловольтметр, первый и второй амперметры.
Заявляемая система работает следующим образом.
Высоковольтный сигнал, равный величине напряжения в контактной сети, из схемы силовых цепей электровоза 1 через высоковольтный предохранитель 2 поступает на измерительный вход первого измерительного преобразователя 5. На выходе преобразователя 5 формируется низковольтный сигнал, уровень которого находится в линейной зависимости от уровня входного высоковольтного сигнала. С выхода измерительного преобразователя 5 низковольтный сигнал подается на киловольтметр 9, установленный на пульте в кабине машиниста. Показание стрелки киловольтметра 9 является измеренным значением напряжения контактной сети.
На первом измерительном шунте 3, связанном со схемой силовых цепей электровоза 1, выделяется высоковольтный (относительно корпуса электровоза) сигнал, уровень которого линейно зависит от уровня тока в цепи якоря тягового двигателя, в которую включен указанный шунт. При этом полярность указанного высоковольтного сигнала определяется направлением тока в цепи якоря тягового двигателя. С выхода первого измерительного шунта 3 высоковольтный сигнал поступает на измерительный вход второго преобразователя 6. На выходе преобразователя 6 формируется низковольтный сигнал, уровень которого находится в линейной зависимости от уровня входного высоковольтного сигнала. С выхода измерительного преобразователя 6 низковольтный сигнал подается на первый амперметр 10, установленный на пульте в кабине машиниста. Показание стрелки амперметра 10 является измеренным значением тока якоря тягового электродвигателя.
На втором измерительном шунте 4, связанном со схемой силовых цепей электровоза 1, выделяется высоковольтный (относительно корпуса электровоза) сигнал, уровень которого линейно зависит от уровня тока в цепи обмотки возбуждения тягового двигателя, в которую включен указанный шунт. С выхода второго измерительного шунта 4 высоковольтный сигнал поступает на измерительный вход третьего преобразователя 7. На выходе преобразователя 7 формируется низковольтный сигнал, уровень которого находится в линейной зависимости от уровня входного высоковольтного сигнала. С выхода измерительного преобразователя 7 низковольтный сигнал подается на второй амперметр 11, установленный на пульте в кабине машиниста. Показание стрелки амперметра 11 является измеренным значением тока возбуждения тягового электродвигателя.
Выходные низковольтные сигналы всех измерительных преобразователей гальванически развязаны от соответствующих входных высоковольтных сигналов, что позволяет ограничить высоковольтные цепи входами измерительных преобразователей 2, 3, 4.
Элементы 1-4, 9-12 являются штатным оборудованием электровоза и используются в предложенной схеме измерений без какой-либо доработки.
Данный метод измерения характеризуется повышенной безопасностью и небольшой стоимостью измерительного оборудования.