Устройство для дугозащитного шунтирования воздушного промежутка контактной сети переменного тока

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 60 М . 1/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4798760/11 (22) 05.03.90 (46) 30.01.93. Бюл. N 4 (71) Харьковский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) В,Н. Балабанов (56) 1. Исследование эффективности регулирования напряжения на шинах тяговых подстанций и компенсирующих устройств в условиях применения рекуперации. Отчет.

Хабаровск; ХабИИЖТ, 1988.

2. Авторское свидетельство СССР

1че 1458259, кл. В 60 М 1/10, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДУГОЗАЩИТНОГО

ШУНТИРОВАНИЯ ВОЗДУШНОГО ПРОМЕЖУТКА КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Использование: электрифицированные железные дороги однофазного переменного тока. Сущность изобретения: устройство подключено к контактным подвескам у воздушных промежутков через шину и масляИзобретение относится к электрифицированным железным дорогам и может быть использовано на железных дорогах переменного однофазного тока.

Известно устройство шунтирования воздушного промежутка поста секционирования контактной сети переменного тока, выполняющего роль ограничителя уравнительного тока, Устройство расположено на посту секционирования и состоит из двух частей: силовой и управления. Силовая часть представлена вакуумным выключателем, врезанным в рассечку шины поста секционирования. При разомкнутых контактах

„„. Ж„„1791186 А1 ные выключатели поста секционирования и состоит из аппаратуры силовой и управления. Силовая часть содержит две ветви встречно-параллельно включенных тиристоров. Аппаратура управления включает в себя узел управления, приемно-передающие устройства, каналы связи, измерительные трансформаторы и реле контроля нагрузки. В силовую часть введены дополнительные диоды, включенные согласно с тиристорами. В аппаратуру управления введены изолированные скользуны, а в качестве измерительных трансформаторов использованы трансформаторы напряжения. При этом каждый скол ьзун расположен у воздушного промежутка со стороны подхода электровоза и подключен к высоковольтному выводу соответствующего трансформатора, другой высоковольтный вывод трансформатора соединен с землей, а выводы низковольтных обмоток заведены в узел управления. 1 ил. вакуумного выключателя межподстанционная зона переходит на одностороннее петлевое питание контактной сети слева и справа от поста секционирования. Аппаратура управления включает в себя трансформаторы тока и релейные элементы. Каждый

ытрансформатор тока первичной обмоткой включен в цепь соответствующей петли, образованной секциями контактной сети слева и справа от вакуумного выключателя.

Устройство переводит межподстанционную зону на двустороннее питание при появлении значительной нагрузки на одной из секций контактной сети. В этом случае

1791186 срабатывает соответствующий релейн ый элемент, подключенный ко вторичной обмотке трансформатора тока, и подается сигнал на включение вакуумного выключателя.

При устойчивом снижении соответствующих долей нагрузки по первичным обмоткам трансформаторов тока от релейных элементов поступает сигнал на отключение вакуумного выключателя. Такйм образом, при отсутствии нагрузки, или равномерном

10 распределении ее по межподстанционной зоне вакуумный выключатель отключен. уравнительный тбк бтсутствует; исчезают потери энергии сним связанные,,При появлении значительной нагрузки на одной из секций контактной сети последняя переходит на двустороннее питание. Выбор уставок срабатывания релейных элементов позволяет обеспечить условие, когда результйрующие потери энергии в контактной сети будут минимальными. Устройство имеет следующие недостатки. Переход на дву20 стороннее питание (шунтирование воздушного промежутка поста секциониро25 вания) прбисходит при наличии нагрузки электровоза, подходящего к посту секционирования. При проходе воздушного.промежутка электровозом в режиме выбега происходит перекрытие воздущного промежутка с последующим дугообразованием, 30

Кроме этого, вакуумный выключатель имеет ограниченный ресурс по циклам включитьотключить. При резкопеременном графике изменения тока электровозов вакуумный выключатель быстро исчерпает свой ресурс. 35

Наиболее близким к заявляемому решению является устройство для дугозащитного шунтирования воздушного промежутка контактной сети (2). Устройство состоит из включателя. блока управления выключателем и датчика приближения токоприемника

40 электровоза. Выключатель подключен своими выводами параллельно воздушному промежутку. Датчик приближения токоприемнйка электровоза к воздушному промежутку выполнен на основе трансформатора тока. Первичная обмотка трансформатора тока своими выводами подключена к контактному йроводу и несущему тросу вблизи 50 воздушного промежутка со стороны подхода электровоза. Вторичная обмотка трансформатора тока подключена к блоку включенных тиристаров. Выводы блока управления подключены к соответствующим управляющим электродам тиристоров.

Устройство работает следующим образом. управления выключателем. Выключатель выполнен в виде встречно-параллельно 55

При подходе электроподвижного состава под током к датчику приближения токоприемника по первичной обмотке трансформатора тока протекает соответствующая доля тока от несущего троса к контактному проводу, что вызывает соответствующий сигнал на вторичной обмотке, который поступает в блок управления тиристорами, последние открываются и выключатель, включаясь, шунтирует воздушный промежуток, Токоприемник электровоза без дугообразования проходит воздушный промежуток. Параметры блока управления таковы, что при механическом закорачивании воздушного промежутка или возникновении на нем электрической дуги время включения выключателя мало и поэтому протекание больших токов в дуге не может вызвать пережога провода. Данное устройство не имеет ограничений по циклам включить-отключить.

Однако в этом устройстве имеются существенные недостатки. При проходе токоприемника по воздушному промежутку без потребления тока электровозом образуется дуга (выключатель не включен). Несмотря на то, что тиристорный выключатель быстро включается (шунтирует воздушный проме-, жуток) образующаяся дуга. приводит к снижению надежности работы воздушного промежутка. При включенном выключателе образуются две параллельные ветви протекания тока, вызванного разностью напряжений шин подстанций, питающих анализируемую межподстанционную зону.

Вторая ветвь будет сохраняться через дугу в течение определенного времени, При наличии значительной разности напряжений на шинах межподстанционной зоны и при включенном тиристорном выключателе образуется уравнительный ток, определенная доля которого протекает от несущего троса к контактному проводу через трансформатор тока, Со вторичной обмотки трансформатора тока поступает сигнал на включение тиристоров, что будет происходить и в отсутствии электровозов. Такой режим не позволяет тиристорам вернуться в исходное состояние и вызывает дополнительные потери мощности в контактной сети. Кроме этого, у тиристоров прямое напряжение произвольного открытия и обратное напряжение пробоя практически равны. Если при закрытых тиристорах произойдет короткое замыкание на одной из секций контактной сети, то тиристоры попадают под напряжение25 кВ. В этом случае высока вероятность необратимого пробоя обратно включенного тиристора, При этом выключатель и все устройство отказывает.

1791186

Целью заявляемого решения является повышение надежности шунтирования воздушного промежутка контактной сети переменного тока.

Для достижения поставленной цели в известном устройстве для шунтирования воздушного промежутка, содержащем связанный с секционными контактными подвесками выключатель, выполненный в виде двух встречно включенных тиристоров, датчик приближения токоприемника электровоза, расположенный у воздушного промежутка со стороны подхода электровоза. узел управления, вход которого соединен с выходом датчика приближения, а трансформаторные выходы с управляющими цепями тиристоров выключателя, с целью повышения надежности работы последовательно с каждым тиристором включен диод. а датчик приближения выполнен на основе изолированного скользуна. установленного с возможностьюа электрического соединения с контактным проводом при перекрытии пантографом электровоза.

На чертеже представлена схема заявляемого устройства для дугозащитногоы шунтирования воздушного промежутка контактной сети переменногыо тока. l30бретение иллюстрируется следующими примерами.

Устройство для дугозащитного шунтирования воздушного промежутка контактной сети переменного тока состоит из двух частей: силовой и управления. Силовая часть содержит два тиристора 1, 2, два диода 3, 4, два разъединителя с заземляющими ножами 5, 6, разъединитель шины поста секционирования 7, Каждый тиристор включен последовательно с согласно включенным диодом, тиристор 1 с диодом 3, а тиристор

2 с диодом 4. Тиристоры 1, 2 и диоды 3, 4 образуют силовой блок 8. Разъединители 5, 6 соединяют соответствующие секции шины поста секционирования 9 с общими точками ветвей силового блока 8. С помощью разъединителя 7 шины поста секционирования разделены на секции. При разомкнутом разъединителе 7 образуется одностороннее петлевое питание секций контактной сети слева от поста секционирования с помощью масляных выключателей 10, 11 и справа от поста с помощью выключателей 12, 13. Аппаратура управления включает в себя два изолированных скользуна 14, 15, два трансформатора напряжения 16, 17 и блок управления 18. Контактный провод скользуна изолирован от несущего троса. Таким образом„напряжение на контактном проводе скопьзуна может появиться только при проходе токоприемника электровоза, когда пе20

35 электровоза перекрывает изолированный

50

15 рекроется промежуток между рабочим контактным проводом 19 и контактным проводом изолированного скольэуна 14 или 15, Соответствующий изолированный скользун расположен рядом с воздушным промежутком со стороны подхода поезда, т.е. сначала перекрывается изолированный скользун, а затем воздушный промежуток. Каждый изолированный скользун соединен с высоковольтным выводом трансформатора напряжения 16 (17), у которого другой высоковольтный вывод соединен с землей. Вторичные низковольтные обмотки трансформаторов 16; 17 подключена к блоку управления 18.

Устройство работает следующим образом. При значительной разности напряжения на подстанциях 20 возникает значительный уравнительный ток по контактным подвескам 19 через шины 9 и разъединитель 7 поста секционирования. Для исключения уравнительного тока необходимо предварительно, до подачи напряжения в тяговую сеть, отключить разъединитель 7 и включить разъединители 5, 6, При этом, если изолированные скользуны 14, 15 не перекрываются пантографами электровозов, в силовом блоке 8 тиристоры 1, 2 закрыты и межподстанционная зона переходит на одностороннее петлевое питание с помощью выключателей 10,11, 21, 22 слева от поста секцибнирования и выключателей 12, 13, 23, 24 справа, При подходе электровоза к посту секционирования справа пантограф скользун 14, Напряжение контактной сети подается через пантограф и скользун на г ервичную обмотку трансформатора напряжения 17, у которого другой высоковольтный вывод заземлен. Напряжение со вторичной обмотке трансформатора 17 подается, как управляющий импульс в блок управления 18. Без выдержки времени блок управления подает управляющие импульсы на тиристоры 1, 2. Схема переходит на двустороннее питание до тех пор, пока электровоз не пройдет пантографом воздушный промежуток 25. Таким образом, исключаются возможности образования дуги при проходе пантографом электровоза воздушного промежутка 25. При подходе электровоза к посту секционирования слева. его пантографом перекрывается изолированный скользун,15 и напряжение контактной сети подается на первичную обмотку трансформатора напряжения 16, у которого другой высоковольтный вывод заземлен. Со вторичной обмотки трансформатора 16 напряжение подается в блок управления 18. Сразу же блок управления 18 посылает импульсы

1791186. на тиристоры 1, 2, Схема тяговой сети пере- к.з. Благодаря этому не требуется специальходит на двустороннее питание до тех пор, ного согласования защит фидеров контактпока пантограф электровоза не пройдет ной сети на подстанциях и посту воздушный промежуток 26. секционирования. При ориентировании на

При коротком замыкании в какой-либо 5 токовую отсечку, к.з. можно устранить за секции контактной сети 19 и закрытых тири- время 0,1 сек. За это время пройдут 5 перисторах 1, 2 ограничитель уравнительного то- одов питающего напряжения и соответствука работает следующим образом, ющиетиристор и диод пропустят5 полуволн

Предположим к.з. произошло в секции кон- тока к,з. Исходя из этого следует выбирать тактной сети, образованной выключателями 10 тиристор по нагрузочной способности.

12, 23. В этом случае при положительной Для тиристоров и диодов нет ограничеполуволне напряжения контактной сети по- ний в циклах включить-отключить и поэтому ступающей на тиристор I, тиристор 2 попа- при правильном выборе их по условиям надает под обратное напряжение. Благодаря грузки наработка до отказа многократно выдиоду 3, согласно включенйому с тиристо- 15 ше йо сравнению с аналогом и прототипом, ром 1, прямое напряжение практически пол- По сравнению с прототипом предлагаеностьювоспринимаетсятиристором1.Вэто мое изобретение позволяет повысить наже самое время набегающая полуволна на- дежность шунтирования воздушного пряжения восприйимается как обратное на- промежутка контактной сети переменного пряжение на согласно включенных 20 тока и снизить потери энергии в тяговой тиристоре 2 и диоде 3. Если тиристоры и сети на 10-15g,. диоды одинакового класса, то на тиристор 1 . Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я подается напряжение в два раза больше, . Устройство для дугозащитного шунтичем на тиристор 2; т.к. половина напряже-: рования воздушного промежутка контактния воспринимается диодом 4. Таким обра- 25 ной сети переменного тока; содержащее зом, на тиристоре 1 напряжение раньше связанный с секционными контактными достигнет напряжения произвольного от- подвесками выключатель, выполненный в крытия, Тиристор 1 открывается, на откры-, видедвухвстречновключенныхтиристоров, тых тиристоре 1 и диоде . 3 падение датчик приближения токоприемника электнапряжения составит 3...5 Â, и это напряже- 30 ровоза, расположенный у воздушного проние будет на обратно включеннйх тйристо- . межутка со стороны подхода электровоза, ре 2 и диоде 4, т.е. обратное йапряжение" . узел управления, вход которого соединен с исчезло до пробой этйх элементов. При по-" выходом датчика приближения, а трансфорявлении положительйой полуволны на*гири- .. маторные выходы — с управляющими цепясторе 2 и диоде 4 происходитточно такой же 35 ми тиристоров выключателя, о т л и ч а юпроцесс более раннего открйтия тиристора . щ e e с я - тем,.что, с целью повышения

2 и снятия опасного обратного напряжения надежности в работе, последовательно с с тиристора 1 и диода 3. Процесс пройзволь- каждым -тиристором выключателя включен ногооткрытиясоответствующихтиристоров .: диод, а датчик приближения выполнен на будет происходить до тех riop, пока с по- 40 основе изолированного скользуна, установмощью соответствующих маслянных вы- .. ленного с возможностью электрического со ключателей (в нашем примере 12, 23) йе единенйя с контактным проводом при будет ликвидирована (изолирована) точка перекрытии пантографом электровоза, 1791186

Составитель В.Балабанов

Редактор А,Павловский Техред М.Моргентал Корректор Н.Король

Ъ

Заказ 121 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035; Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101