Устройство защиты узлов высоковольтного электрооборудования пассажирских вагонов

 

Изобретение относится к устройствам защиты высоковольтных узлов и цепей электрооборудования пассажирских вагонов. Техническим результатом является обеспечение селективности защиты вагона с защитой локомотива. Устройство содержит соединенные последовательно высоковольтный предохранитель, датчик первой производной тока с измерителем величины первой производной тока, защитный контактор с блоком управления и органом сигнализации о срабатывании защитного контактора на входе узла высоковольтного электрооборудования. Выход датчика первой производной подключен к входу компаратора, имеющему два раздельных выхода. Первый выход компаратора через орган запрета подключен к входу блока управления защитным контактором. При аварийном режиме сигнал со второго выхода компаратора блокирует прохождение сигнала с первого выхода компаратора органом запрета. Сигнал с выхода блока задержки появляется через некоторое время после срабатывания защиты на локомотиве и вызывает отключение защитного контактора. При повторном включении высоковольтной магистрали отключенной остается только поврежденная цепь. 1 ил.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к устройствам защиты высоковольтных узлов и цепей электрооборудования пассажирских вагонов.

Известны устройства защиты высоковольтных узлов пассажирских вагонов, к которым относятся в первую очередь высоковольтные статические преобразователи ("Стабилизированный статический высоковольтный преобразователь для пассажирского вагона с кондиционированием воздуха" - Гомола Г.Г. и др. в журнале Вестник все союзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта N 8, 1975 г., с. 15-19) на основе высоковольтного предохранителя и контактора, срабатывающего при перегрузке тока на входе статического преобразователя. Такое построение защиты возможно только при введении специальных демпферных резисторов, ограничивающих мощность токов при аварийном режиме работы статического преобразователя, сопровождающимся резким возрастанием тока, что приводит к значительным потерям энергии в системе электроснабжения и неприемлемо при мощности статического преобразователя больше 30 кВт.

Наиболее близким к изобретению является устройство защиты высоковольтных цепей пассажирских вагонов, содержащее последовательно соединенные высоковольтный предохранитель и защитный контактор с блоком управления и органом сигнализации о срабатывании защитного контактора, включенные на входе узла высоковольтного электрооборудования (которым может быть как статический преобразователь, так и цепи высоковольтных нагревательных элементов котла и калорифера системы отопления), а также орган контроля и сигнализации о наличии высокого напряжения в поездной магистрали. (См. Б.Н.Ребрик "Электрооборудование пассажирских вагонов с кондиционированием воздуха". Транспорт, 1986 г., с. 141-146).

Недостатком этого устройства является то, что при мощности высоковольтного узла (статического преобразователя или цепей высоковольтных нагревательных элементов) более 50 кВт приходится использовать высоковольтные предохранители с номинальными токами 30-40 А, которые при мощных коротких замыканиях (при пробоях изоляции в высоковольтных элементах преобразователя или на входе цепей нагревательных элементов) срабатывают совместно с защитой локомотива (разрушается их плавкая вставка) или вообще не срабатывают. Попытки повышения быстродействия защиты высоковольтного оборудования на вагоне за счет отключения цепи с коротким замыканием посредством контактора, срабатывающего от датчика тока на входе, возможно только при токах к.з. не более 300-500 А, а при "глухих" к.з. токи достигают нескольких килоампер.

Такое состояние защиты на вагонах с централизованной системой электроснабжения приводит к тому, что практически при аварийных ситуациях на вагоне отключается питание всего состава и обслуживающий персонал в условиях рейса тратит много времени на отыскание поврежденного вагона и отключение его от высоковольтной магистрали.

Задачей изобретения является обеспечение селективности защиты на вагоне с защитой локомотива.

Достигаемый результат обусловлен тем, что при аварийных ситуациях отключение цепи короткого замыкания осуществляется после отключения защиты локомотива, а при повторном подключении высоковольтной магистрали отключенной остается только поврежденная цепь.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство защиты узлов высоковольтного электрооборудования пассажирских вагонов с централизованной системой электроснабжения, содержащее последовательно соединенные высоковольтный предохранитель, защитный контактор с блоком управления и органом сигнализации о срабатывании защитного контактора, включенные на входе узла высоковольтного электрооборудования пассажирского вагона, а также орган контроля и сигнализации о наличии высокого напряжения в поездной магистрали, введены измеритель величины первой производной тока, компаратор с двумя раздельными выходами, блок задержки, орган запрета и дополнительный орган сигнализации о срабатывании защитного контактора, датчик первой производной тока, причем выход датчика первой производной тока через измеритель величины первой производной тока подключен к входу компаратора, первый выход которого через орган запрета подключен к входу блока управления защитным контактором, другой выход компаратора подключен к управляющему входу органа запрета и к входу блока задержки, выход которого подключен к входу блока управления защитным контактором, и дополнительному органу сигнализации о срабатывании защитного контактора, к которому подключен также выход органа контроля и сигнализации о наличии высокого напряжения в поездной магистрали.

Работа устройства поясняется фиг. 1, на которой представлена его блочно-функциональная схема. Устройство состоит из разъединителя 1, включенного на входе высоковольтного оборудования, который служит для оперативных отключений оборудования от высоковольтной поездной магистрали, высоковольтного предохранителя 2, датчика первой производной тока 3 и защитного контактора 4.

Перечисленные элементы включены последовательно на входе узла высоковольтного электрооборудования 5 - статического преобразователя или нагревательных элементов.

Выход датчика первой производной 3 подключен через измеритель величины первой производной тока 6, к входу компаратора 7 с двумя раздельными выходами, первый выход которого подключен через орган запрета 8 к блоку управления 9 защитным контактором 4, содержащему орган сигнализации о его срабатывании (на фиг. 1 не показан), второй выход компаратора 7 подключен к управляющему входу органа запрета 8 и входу блока задержки 10, выход которого подключен к входу блока управления 9 защитным контактором 4, и дополнительному органу сигнализации 11 о срабатывании защитного контактора 4, и органа контроля и сигнализации 12 о наличии высокого напряжения в поездной магистрали, выход которого подключен к входу дополнительного органа сигнализации 11 о срабатывании защитного контактора 4. При этом дополнительный орган сигнализации 11 и орган контроля и сигнализации 12 могут быть использованы как элементы, входящие в систему управления и диагностики (СУ и Д) современных пассажирских вагонов. Элементы управления устройства обозначены как функциональные элементы, поскольку в их качестве могут быть использованы любые как цифровые, так и аналоговые общеизвестные элементы автоматики и телемеханики. Например, датчик первой производной 3 - на основе дифференцирующей RL-цепочки; измеритель величины первой производной 6 - операционный усилитель; компаратор 7 - нуль-орган; орган запрета 8 - логическая схема И-НЕ; блок задержки 10 - интегрирующая цепочка.

Устройство работает следующим образом: При возникновении аварийного режима, связанного с перегрузкой преобразователя или замыканием спиралей на корпус нагревательных элементов, когда нарастание тока не отличается высокой скоростью (di/dt), а сама величина тока замыкания не превышает 400-500 А, от датчика первой производной тока 3, через измеритель величины первой производной 6 сигнал поступает на вход компаратора 7. Компаратор 7 при превышении заданного (меньшего) по величине уровня di/dt выдает на своем первом выходе сигнал, который через орган запрета 8 поступает на блок управления 9 защитным контактором 4. В этом случае защитный контактор 4 срабатывает и отключает узел высоковольтного электрооборудования 5 с повреждением или сбоем в работе, сигнализируя об аварийном режиме перегрузки (как и в прототипе).

Такой аварийный режим не оказывает влияния на защиту локомотива, имеющую установку срабатывания 2000-3000 А и, значит, не вызывает снятия напряжения в поездной магистрали.

При пробое изоляции в высоковольтном узле электрооборудования 5 (статическом преобразователе или цепях нагревательных элементов в системе отопления) на входе резко возрастает ток и его производная, величина которой, определенная измерителем величины первой производной 6, поступает на вход компаратора 7 и при превышении заданного (высшего) уровня установки di/dt компаратор 7 выдает сигнал на своем втором выходе и блокирует прохождение сигнала органом запрета 8. Сигнал с первого выхода компаратора появляется позднее сигнала на втором выходе и не может вызвать преждевременное срабатывание защитного контактора 4. Сигнал с выхода блока задержки 10 с задержкой 1-2 секунды поступает на вход блока управления 9 защитным контактором 4, вызывая отключение защитного контактора 4 заведомо после срабатывания защиты на локомотиве (электровозе). Одновременно сигнал с блока задержки 10 поступает на дополнительный орган сигнализации 11 о срабатывании контактора 4 (который на новых вагонах входит в блок СУ и Д), сигнализируя также о пропадании сигнала с органа контроля и сигнализации 12 о наличии высокого напряжения в поездной высоковольтной магистрали, т.е. одновременно автоматически отключая (без перегрузки защитно-коммутационной аппаратуры) поврежденный узел и сигнализируя о необходимости его замены или ремонта.

Повторное включение защитного выключателя на локомотиве (быстродействующего выключателя), предусмотренное правилами эксплуатации, автоматически возвращает питание всех вагонов в составе электроэнергией высокого напряжения без необходимости проведения работ по оперативному (ручному) отключению поврежденной цепи.

Технико-экономический эффект от реализации предложения обусловлен повышением надежности защитно-коммутационной аппаратуры (ее сроком службы) и сокращением эксплуатационных расходов на обслуживание пассажирских составов в аварийных ситуациях.

Формула изобретения

Устройство защиты узлов высоковольтного электрооборудования пассажирских вагонов с централизованной системой электроснабжения, содержащее последовательно соединенные высоковольтный предохранитель и защитный контактор с блоком управления и органом сигнализации о срабатывании защитного контактора, включенные на входе узла высоковольтного электрооборудования пассажирского вагона, а также орган контроля и сигнализации о наличии высокого напряжения в поездной магистрали, отличающееся тем, что в него введен измеритель величины первой производной тока, компаратор с двумя раздельными выходами, блок задержки, орган запрета и дополнительный орган сигнализации о срабатывании защитного контактора, датчик выполнен в виде датчика первой производной тока, причем выход датчика первой производной тока через измеритель величины первой производной тока подключен к входу компаратора, первый выход которого через орган запрета подключен к входу блока управления защитным контактором, другой выход компаратора подключен к управляющему входу органа запрета и к входу блока задержки, выход которого подключен к входу блока управления защитным контактором и дополнительному органу сигнализации о срабатывании защитного контактора, к которому подключен также выход органа контроля и сигнализации о наличии высокого напряжения в поездной магистрали.

РИСУНКИ

Рисунок 1