Устройство для измерения токов утечки на троллейбусе и защитного отключения троллейбуса от питающей сети при превышении заданных значений токов утечки

 

Использование: в средствах защиты человека от токов утечки на корпус подвижного состава, питаемого постоянным током от двухпроводной контактной сети. Сущность изобретения: устройство содержит блок измерения с индикатором тока утечки, блок обеспечения бестоковых пауз, содержащий последовательно соединенные бесконтактный датчик тока нагрузки, схему программного управления, бесконтактные коммутируемые выключатели, схему контроля отключения. Блок измерения дополнительно содержит распределитель, токовые ключи, источник оперативного питания, а в индикаторе - образцовый резистор, линейку компараторов, источник опорных напряжений, схему памяти и гистограммный дисплей. Блок измерения через токовые ключи подключен к силовым цепям троллейбуса, а через образцовый резистор к его корпусу. Кроме того, устройство дополнительно содержит блок контроля состояния дверей троллейбуса (открыты или закрыты), подключенный к схеме программного управления и к штатному пульту управления дверями. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области измерения и средствам защиты человека от токов утечки на корпус подвижного состава, питаемого постоянным током от двухпроводной контактной сети, в частности к устройствам измерения и сигнализации токов утечки на корпус троллейбуса, а также к устройствам защиты пассажиров от поражения токами утечки.

Известно устройство защиты человека от поражения токами утечки на троллейбусе в виде заземляющих приспособлений на остановочных пунктах, представляющих собой заземленные металлические листы или полосы, с которыми входит в соприкосновение кузов троллейбуса на остановках [1].

Недостатками такого устройства является большая металлоемкость, необходимость постоянного обслуживания по очистке контактной поверхности заземлителей, строго обусловленное место остановки троллейбуса, необходимость установки на троллейбусе специального механического приспособления для обеспечения надежного электрического контакта корпуса троллейбуса с заземлителем и полное отсутствие информации о наличии токов утечки.

Известно также устройство для сигнализации токов утечки на троллейбусе, содержащее индикатор тока утечки, включенный между кузовом машины и минусовым проводом контактной сети через компенсирующий источник постоянного напряжения, выполненный в виде однофазного трансформаторного регулятора, состоящего из двух подмагничиваемых трансформаторов, первичные обмотки которых подключены на опорное напряжение, обмотки управления - на напряжение контактной сети, а вторичные обмотки через выпрямитель включены в цепь индикатора [2].

Недостатками указанного устройства являются возможность применения только при контактных сетях с заземленным отрицательным проводом на питающей подстанции, влияние на результаты измерения наличия на той же линии других троллейбусов, которые шунтируют измерительную цепь сопротивлением параллельной цепи: минусовой контактный привод - сопротивление изоляции соседнего троллейбуса - сопротивление изоляции колес - корпус измеряемого троллейбуса. Кроме того, наличие трансформаторов, включенных одной из обмоток в питающую сеть, снижает надежность устройства и может явиться источником дополнительного тока утечки. Применение в качестве индикатора тока утечки слаботочного реле с малым усилием на контактах и неизбежным дребезгом их вызывает ложное зажигание сигнальной лампочки. Сигнализация одной красной лампочкой не дает количественной оценки тока утечки и дезориентирует водителя. Указанное в целом снижает надежность работы устройства и делает невозможным применение его при питании троллейбуса от контактной сети с изолированным минусовым проводом.

Задача - разработать устройство для измерения и индикации токов утечки на троллейбусе, лишенное недостатков, которые присущи описанным выше устройствам, с отражением на дисплее коли- чественного значения токов утечки и обеспечением защитных мер для пассажиров троллейбуса.

При решении задачи разработано и предлагается устройство для измерения токов утечки на троллейбусе, техническим результатом которого является отключение силовых цепей троллейбуса от контактной сети и создание бестоковой паузы на время измерения тока утечки с автоматическим выбором наиболее облегченного режима работы троллейбуса для момента отключения и тем самым повышение надежности и точности измерения. Таким образом, исключается влияние на результаты измерения других троллейбусов, находящихся на той же линии питания, и обеспечивается применение устройства при любой системе питания как с заземленным, так и с изолированным минусовым проводом питающей сети. Результаты измерения высвечиваются на гистограммном дисплее, отражающем количественно значение токов утечки. Дополнительно устройство контролирует состояние дверей троллейбуса (открыты или закрыты) для обеспечения защитных мер при возникновении опасных значений токов утечки.

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения токов на троллейбусе, содержащее блок измерения с индикатором тока утечки, подключенный к кузову троллейбуса, дополнительно содержит блок обеспечения бестоковых пауз, связанный с блоком измерения и содержащий последовательно соединенные бесконтактный датчик тока нагрузки, схему программного управления, блок бесконтактных коммутируемых выключателей (БКВ) и схему контроля отключения, соединенную со схемой программного управления. Блок измерения дополнительно содержит распределитель, подключенный к схеме программного управления, токовые ключи, управляемые распределителем и подключенные к разным участкам силовой цепи троллейбуса, источник оперативного питания, подключенный через балластный токоограничивающий резистор к объединенным оперативным входам токовых ключей. В индикатор дополнительно входят линейка компараторов, соединенная с источником опорных напряжений, питаемым от источника оперативного питания, с токовыми ключами и образцовым резистором, подключенным к кузову троллейбуса, схема памяти, соединенная с выходами компараторов, с распределителем и со схемой программного управления, гистограммный дисплей, управляемый схемой памяти. Дополнительно устройство содержит схему контроля состояния дверей троллейбуса (открыты или закрыты), которая подключена к штатному пульту управления дверями и к схеме программного управления.

Заявляемое устройство отличается от известных решений наличием новых блоков и схемных узлов, таких как блок обеспечения бестоковых пауз, распределитель и токовые ключи в блоке измерения, а в качестве индикатора линейки компараторов с образцовым резистором и источника опорных напряжений, схемы памяти, гистограммного дисплея, а также схемы контроля состояния дверей и их связей.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что пороговые устройства на компараторах напряжения широко известны. Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами схемы в заявляемое устройство для измерения токов утечки на троллейбусе вышеуказанная линейка компараторов проявляет новые свойства, являясь индикатором тока утечки. Количеством компараторов в линейке и соответственным количеством опорных напряжений разного уровня для них определяется количество индицируемых уровней тока утечки. В сочетании со схемой памяти и гистограммным дисплеем индикатор дает полную информацию о состоянии изоляции на троллейбусе, что соответствует наличию токов утечки, их уровню и изменениями в процессе работы троллейбуса на маршруте.

Наличие нескольких токовых ключей, подключенных к разным участкам силовой цепи троллейбуса (имеются в виду такие участки силовой цепи, которые разъединяются друг от друга штатными коммутирующими устройствами троллейбуса при длительной парковке), позволяет перед установкой штанг на контактную сеть провести диагностику силовой цепи, т.е. выявить, на каком участке силовой цепи троллейбуса упало сопротивление изоляции. Во время движения на маршруте при прохождении цикла измерения токовые ключи, открываясь поочередно, дублируют друг друга и тем повышают надежность измерений тока утечки.

Применение режима бестоковых пауз с отключением троллейбуса от питающей сети на время проведения цикла измерения токов утечки и использование автономного источника оперативного питания, подключенного к бортовой аккумуляторной батарее, делают предлагаемое устройство универсальным в применении при любой двухпроводной контактной сети питания, как с изолированным, так и с заземленным минусовым проводом.

Автоматический выбор наиболее облегченных режимов работы троллейбуса для отключения его от питающей сети на время измерения токов утечки и автоматическое применение защитных мер для пассажиров при возникновении опасных значений токов утечки обеспечиваются заложенным алгоритмом работы устройства.

На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения токов утечки на троллейбусе, которая содержит блок 1 измерения, индикатор 2, корпус троллейбуса 3, блок 4 обеспечения бестоковых пауз, датчик 5 тока нагрузки, схему 6 программного управления, блок 7 БКВ, схему 8 контроля отключения, распределитель 9, токовые ключи 10, источник 11 оперативного питания, балластный резистор 12, линейку 13 компараторов, источник 14 опорных напряжений, образцовый резистор 15, схему 16 памяти, гистограммный дисплей 17. На чертеже также показаны силовые цепи 18 троллейбуса, схема 19 контроля состояния дверей, входящая в устройство, и штатный пульт 20 управления дверями троллейбуса, а также сопротивления 21, 22, 23 утечки разных участков силовой цепи троллейбуса. В блоке 4 обеспечения бестоковых пауз последовательно соединены датчик 5 тока нагрузки, схема 6 программного управления, блок 7 и схема 8 контроля отключения, соединенная со схемой 6 программного управления. Схема программного управления соединена с блоком 1 измерения через распределитель 9 и схему 16 памяти в индикаторе 2. В блоке 1 измерения распределитель 9 соединен с токовыми ключами 10 и схемой 16 памяти, а токовые ключи 10 подключены к разным участкам силовой цепи 18. Источник 11 оперативного питания, подключенный к кузову троллейбуса 3, соединен через балластный токоограничивающий резистор 12 с токовыми ключами 10, с объединенными первыми входами линейки 13 компараторов и образцовым резистором 15. Источник 14 опорных напряжений, подключенный к кузову троллейбуса 3, соединен с источником 11 оперативного питания и с вторыми входами линейки 13 компараторов. Линейка компараторов соединена со схемой 16 памяти, а схема памяти соединена с гистограммным дисплеем 17 и со схемой 6 программного управления в блоке 4 обеспечения бестоковых пауз.Схема 19 контроля состояния дверей соединена с пультом 20 управления дверями троллейбуса и со схемой 6 программного управления.

Устройство работает следующим образом.

Во время движения троллейбуса на маршруте в моменты сброса нагрузки (движение накатом, торможение или остановка), датчик 5 тока нагрузки дает сигнал в схему 6 программного управления о том, что ток потребления троллейбусом из сети питания минимальный, т.е. лог. "1". Схема 6 программного управления, в свою очередь, выдает коммутирующий сигнал лог."0" в блок 7 БКВ, и он отключает силовые цепи 16 троллейбуса от питающей сети. Когда отключение произведено, схема 8 контроля отключения выдает сигнал лог."1" на вход схемы 6 программного управления. Последняя получив по двум входам две лог. "1", выдает управляющий сигнал лог."0" на запуск распределителя 9, а распределитель поочередно сигналами лог. "1" открывает токовые ключи 10, которые выходами подключены к разным участкам силовой цепи 18. Ток от источника 11 оперативного питания через токоограничивающий балластный резистор 12 проходит одновременно по двум параллельным ветвям: через образцовый резистор 15 на корпус троллейбуса 3 и на источник 11 и через токовые ключи 10, через сопротивления 21, 22, 23 утечки на корпус троллейбуса 3 и на источник 11. Падение напряжения на образцовом резисторе 15 зависит при стабильном токе источника 11 от сопротивления второй - параллельной ветви, т.е. от сопротивления 21, 22, 23 утечки. Таким образом, образцовый резистор 15 является косвенным датчиком тока утечки с обратной зависимостью, т.е. чем больше ток утечки, тем меньше на резисторе 15 падает напряжение, которое поступает на объединенные первые входы линейки 13 компараторов, где оно сравнивается с рядом опорных напряжений, поступающих на вторые входы линейки компараторов от источника 14 опорных напряжений, соответствующих определенным токам утечки. В зависимости от тока утечки срабатывает один или более компараторов в линейке 13 и передают информацию в схему 16 памяти, которая выходными уровнями лог."0" включает соответствующие светоизлучающие элементы на гистограммном дисплее 17. Сигналы лог."1" от схемы 16 памяти, соответствующие повышенным значениям токов утечки, поступают в схему 6 на разные входы. По окончании цикла измерений последний импульс с распределителя 9 лог. "1" поступает на следующий свободный вход схемы 6. Схема 19 контроля состояния дверей, подключенная к штатному пульту 20 управления дверями троллейбуса, снимает с последнего данные о включении или выключении питания на механизмы дверей и преобразует их в сигналы логического уровня (открыты - "1", закрыты - "0"). Эти сигналы также поступают в схему 6 на следующий свободный вход. Схема 6 программного управления в схему 6 на следующий свободный вход. Схема 6 программного управления представляющая собой запрограммированный соответствующим образом ППЗУ (программируемое постоянное запоминающее устройство) или дешифратор с многоразрядными входом и выходом, или другое, выполняющее те же функции, устройство, принимая по входам сигналы от датчика 5 тока нагрузки, от схемы 8 контроля отключения, от распределителя 9, от схемы 16 памяти и от схемы 19 контроля состояния дверей в виде кодового сочетания, соответствующего тому или другому режиму работы троллейбуса и состоянию изоляции, преобразует их в сигналы управления распределителем 9, а через элементы 4И БКВ. Таким образом, после прохождения цикла измерения, который длится 20-30 мс (и может регулироваться от 10 до 500 мс), данные о состоянии изоляции (об уровне токов утечки) сохраняются в схеме 16 памяти и присутствуют на входе схемы 6 до следующего цикла измерения, а сбрасываются первым импульсом с распределителя 9, поступающим в схему 16 памяти, определяют назначение выходных сигналов схемы 6. Так, если ток утечки не превышает допустимых значений, то работа троллейбуса ничем не отличается от обычной, но если ток утечки превышает допустимое значение, то информация об этом, присутствующая на входах схемы 6, определяет выходные сигналы схемы 6 в зависимости от сигнала, поступающего со схемы 19 контроля состояния дверей и при открывании дверей. Схема 6 выдает сигнал на отключение от питающей сети, а сигнал на включение в питающую сеть появляется только после закрывания дверей троллейбуса. Если ток утечки достигает значений, угрожающих здоровью или жизни человека, во избежание случайностей на остановке при открывании дверей устройство отключает троллейбус от питающей сети и не включает больше при закрывании дверей. Этот режим следует считать аварийным, и водитель, приняв все меры предосторожности, может вручную рубильником, блокирующим устройством, включить троллейбус в сеть питания и следовать к месту ремонта. Так осуществляются меры по защите пассажиров от поражения токами утечки, ликвидирующие возникновение разности потенциалов между корпусом троллейбуса и землей из-за утечки тока из высоковольтной сети питания на корпус троллейбуса при нарушении изоляции. Наличие гистограммного дисплея 17 обеспечивает водителю постоянную информацию о токах утечки, их величине и изменениях в процессе работы троллейбуса на маршруте.

Устройство собрано в основном на цифровых микросхемах и не требует регулировок при эксплуатации.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКОВ УТЕЧКИ НА ТРОЛЛЕЙБУСЕ И ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ТРОЛЛЕЙБУСА ОТ ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ ПРИ ПРЕВЫШЕНИИ ЗАДАННЫХ ЗНАЧЕНИЙ ТОКОВ УТЕЧКИ, содержащее блок измерения с индикатором тока утечки, подключенный к кузову троллейбуса, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок обеспечения бестоковых пауз, связанный с блоком измерения и состоящий из последовательно соединенных бесконтактного датчика тока нагрузки, схемы программного управления, блока бесконтактных коммутируемых выключателей, схемы контроля отключения, подключенной к схеме программного управления, а блок измерения содержит распределитель, токовые ключи, источник оперативного питания, балластный токоограничивающий резистор и индикатор, который состоит из линейки компараторов, источника опорных напряжений, образцового резистора, схемы памяти и гистограммного дисплея, причем распределитель подключен к схеме программного управления, к схеме памяти и к управляющим входам токовых ключей, которые выходами подключены к разным участкам силовой цепи троллейбуса, источник оперативного питания подключен к источнику опорных напряжений, а через балластный резистор к оперативным входам токовых ключей, к объединенным первым входам линейки компараторов и к образцовому резистору, выполняющему роль датчика тока утечки и соединенному с кузовом троллейбуса, вторые входы линейки компараторов подключены к источнику опорных напряжений, а выходы линейки компараторов подключены к схеме памяти, которая соединена с распределителем, с гистограммным дисплеем и схемой программного управления.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит схему контроля состояния дверей троллейбуса, связанную с пультом управления дверями и со схемой программного управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1