Пристрій для контролю ізоляції та захисту пересувних електроустановок

M/1/Ch HO2H3/16 Пристрій для контролю ізоляції та захисту пересувних електроустановок. Винахід належить до контрольно-вимірювальної техніки і може бути використаний для захисту від пораження людини електричним струмом і контролю стану ізоляції електроустановок на пневмоколесах, переважно міських тролейбусів, що експлуатуються в мережах як з ізольованим, так і з заземленим негативним полюсом. Відомий пристрій для вимірювання струмів витікання і захисного вимикання тролейбуса [1]. Основними елементами пристрою є блок вимірювання і чутливий елемент, який виконай у вигляді індикатора струму витікання. Крім того, пристрій містить блок забезпечення безструмових пауз, схему програмного керування, комутуюмі вимикачі і схему контролю вимикання. Блок вимірювання через струмові ключі підключається до силових мереж тролейбуса, а через зразковий резистор - до його корпусу. Для вимірювання струмів витікання створюється режим безструмових пауз з вимиканням тролейбуса від мережі живлення на час проведення вимірювань. При цьому електронні вузли пристрою живляться від оперативного джерела, підключеного до бортової акумуляторної батареї. Суттєвим недоліком відомого пристрою є непряме вимірювання струму витікання. Його значення визначається в залежності від виміряної величини опіру корпусу тролейбуса, що вносить значні похибки в покази індикатора струму витікання. При цьому спостерігається великий перезахист і вимикання тролейбуса при допустимих струмах витікання. Пристрій пожаронебезпечний, так как він підключається безпосередньо до силової мережі 600В і значно підвищує споживання електроенергії тролейбусом за рахунок необхідності створення безструмових пауз в силовий мережі для здійснення вимірювань. Відомий пристрій для контролю ізоляції та захисту пересувних електоустановок, який містить аналогічно тому, що заявляється, нерівноважний міст, у діагональ якого включений чутливий елемент. Однією парою плеч мосту є опіри ізоляції полюсів мережі живлення електроустановки відносно корпусу, другою - опіри ізоляції полюсів мережі відносно землі [2, глава 3]. Відоме технічне рішення є найбільш близьким до того, що заявляється, за сукупністю суттєвих ознак і вибрано як прототип. Чутливий елемент прототипу уявляє собою слабкострумне реле, яке реагує на струми витікання, що перевищують допустиме значення. При цьому водію тролейбуса подається попереджувальний світовий або звуковий сигнал. Пристрій працює таким чином: при пошкодженні ізоляції тролейбуса струм витікання, що проходить через діагональ мосту підвищується. При досягненні його величиною ЗмА контакти реле замикаються і спрацьовує попереджувальна сигналізація. Після спрацьовування сигналізації водій тролейбуса зобов'язаний самостійно прийняти рішення про можливість подальшої експлуатації електроустановки. Основними недоліками прототипу є неможливість діференцьовано реагувати на відмінні величини струмів витікання, здійснювати автоматичне відключення тролейбуса при появі струмів, небезпечних для життя людини і відключення самого пристрою для уникнення його пошкодження при замкненні контактного проводу на корпус електроустановки. Використання у якості чутливого елементу слабострумного реле з малим зусиллям на контактах і неминучою вибрацією їх під час руху, викликає подачу невірних синалів, що може привести до необгрунтованих вимикань тролейбуса водієм. Крім того, в прототипі не передбачена можливість контрольних перевірок стану ізоляції на маршруті І контролю наявності контакту поміж рухомими електродами та дорожним покриттям. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалити пристрій для контролю ізоляції і захисту пересувних електроустановок за рахунок використання нової схеми чутливого елементу з забезпеченням гальванічної розв'язки кіл вимірювання від кола живильної напруги електроних вузлів. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для контролю ізоляції та захисту пересувних електроустановок, що містить нерївноважний міст, однією парою плеч якого є опіри ізоляції полюсів мережі живлення електоустановки відносно корпусу, другою - опіри ізоляції полюсів мережі відносно землі, стосовно винаходу, введений блок гальванічної розв'язки кіл вимірювання від кола живильної напруги електронних вузлів, чутливий елемент виконаний у вигляді багатоступінчатого подільника напруги, виходи якого з'єднані з відповідними входами блока порівняння. При цьому, блок гальванічної розв'язки кіл вимірювання від кола живильної напруги електронних вузлів містить трансформаторний перетворювач постійного струму в змінний, вихід якого підключено до входу випрямляча, з'єднаного своїм виходом із входом загороджуючого фільтра, вихід якого з'єднаний із входом стабілізатора. Крім цього, пристрій має високочастотний фільтр, вихід якого підключено до входу подільника напруги, і підсилювач постійного струму, встановлений між подільником напруги і блоком порівняння. Пристрій містить також послідовно з'єднані блок технологічної сигналізації і блок числової індикації при цьому, вхід блока технологічної сигналізації об'єднай з першим виходом блока порівняння; блок аварійної сигналізації і блок вимикання живлення електоустановки, входи яких підключено до другого виходу блока порівняння, та блок вимикання пристрою, об'єднаний своїм входом з третім виходом блока порівняння. Використання у складі чутливого елементу подільника напруги дозволяє одержувати декілька незалежних значень напруг, які пропорціональні струмам витікання. Кожному значенню відповідає визначений рівень струму, що характерізує стан ізоляції тролейбуса. Одержані значення поступають в блок порївяння, де вони оброблюються і зрівнюються з еталонними величинами. В залежності від результату порівняння приймається рішення про можливість подальшої експлуатації електроустановки. У випадку, якщо пошкодження ізоляції незначне і струм витікання не уявляє загрози для життя людини, спрацьовує блок технологічної сигналізації, що інформує водія тролейбуса про погіршення стану ізоляції. Такий стан може бути допустимим, наприклад, якщо він викликан короткочасними підвищеннями напруги мережі живлення. Подальше підвищення стуму витікання викликає спрацьовування блока аварійної сигналізації і забезпечує автоматичне вимикання живлення електроустановки. При значному пошкодженні ізоляції, короткому замкненні всередені самого пристрою або в разі замкнення одного з полюсів мережі на корпус електроустановки, інформація з блока порівняння поступає в блок вимикання пристрою, який виконує відключення самого пристрою. Наявність гальванічної розв'язки кіл вимірювання від кола живильної напруги електронних вузлів вилучає вплив струмів витікання бортової системи 24В на величину вимірювальних струмів і виключає похибки в роботі блока порівняння, підсилювача постійного струму, блоків сигналізації та вимикання. Застосування високочастотного фільтра виключає можливість помилкових спрацьовувань через наявність у мережі постійного струму високочастотних перешкод; підсилювач постійного струму забезпечує точність та стабільність праці пристрою, сприяє розришенню його функціональних можливостей. На фіг. 1 подана схема підключення пристрою для контролю ізоляції, на фіг.2 - схема заміщення. Пристрій підключається поміж корпусом тролейбуса К і рухомими електродами Е, та Е2. Застосування рухомих електродів дозволяє безперевно контролювати струми витікання поміж корпусом електроустановки і дорожним покриттям Д.П., а також наявність контакта поміж рухомими електродами і дорожним покриттям на контрольних ділянках К.Д. Ящ та Rliq, - опір шин та перехідний опір поміж дорожним покриттям і землею відповідно. Опіри ізоляції полюсів мережі живлення електроустановки відносно корпусу RTBK, R"liK та опіри ізоляції полюсів мережі відносно землі R ч, R"M створюють плечі нерівноважного мосту, у діагональ якого включен чутливий елемент Ч.Е. Можливе заземлення негативного полюса мережі показане перемикачем П. Контрольна ділянка К.Д. призначена для контрольних перевірок стану ізоляції тролейбуса на маршруті. Функціональна схема конкретного варіанту виконання пристрою, що заявляється, представлена на фіг.З. Пристрій для контролю ізоляції та захисту пересувних електроустановок містить високочастотний фільтр 1, входи якого підключені до пересувних електродів Е| та Е2 і корпусу тролейбуса К. Вихід фільтра 1 об'єднай із входом подільника напруги 2, що підключен через підсилювач постійного струму 3 до входів блока порівняння 4. Перший вихід блока порівняння 4 з'єднай із входом блока технологічної сигналізації 5, вихід якого підключен до блока числової індикації 6, призначеного для фіксації числа спрацьовувань технологічної сигналізації. Другий вихід блока порівняння 4 підключен до входів блока аварійної сигналізації 7 і блока вимикання живлення електроустановки 8. Третій вихід блока порівняння 4 об'єднай із входом блока вимикання пристрою 9. Кола живлення електронних вузлів пристрою підключені до блока гальванічної розв'язки 10 кіл вимірювання від кола живильної напруги. В пристрої передбачена також кнопка перевірки схеми вимірювань і сигналізації 11 та кнопка перевірки гальванічного зв'язку рухомих електродів з дорожним покриттям 12. Функціональна схема блока гальванічної розв'язки 10 представлена на фіг.4. Блок 10 складається з трансформаторного перетворювача постійного струму в змінний 13, вихід якого підключен до входу випрямляча 14. Вихід випрямляча 14 об'єднай із входом загороджуючого фільтра 15, підключеного своїм виходом до входу стабілізатора 16. З стабілізатора 16 напруга живлення подається на електронні вузли пристрою контролю ізоляції. Реалізація пристрою, що заявляється, може бути здійснена з використанням стандартної елементної бази. Високочастотний фільтр уявляє собою RC-ланку, яка містить у своєму складі неполярний конденсатор, наприклад, типа К76П і дротовий резистор, що витримує навантаження 25-50Вт. Подільник напруги будується на будь-яких широкопоширених резисторах, наприклад, типа МЛТ. Підсилювач постійного струму виконай у вигляді емітерного повторювача на транзисторах прппровідності, наприклад, типа КТЗ15, КТЗ102. В блоці порівняння використовується компаратор типа К554САЗ. Технологічна і аварійна сигналізація будується на світлодіодах типа КИПМО-43. Блок числової індикації складається з двійково-десяткового лічильника типа КР5144Д1 і семисегментного індикатора типа КИПМО-43. Блок вимикання живлення електроустановки виконай з застосуванням транзиторного оптрона типа АОТ110 і потужних транзисторних ключів, що комутують електромагніти. Як ключі можно використовувати транзистори типа КТ827. Блок вимикання пристрою може бути реалізован з застосуванням реле із струмом комутації не менш ІООмА. Блок гальванічної розв'язки включає перетворювач, виконаний на основі форитових чашок, випрямляч на базі будь-яких високочастотних діодів з прямим струмом від 50мА. Загороджуючий фільтр - ємкісний - на базі конденсатора типа К50-35. Стабілізатор будується на стандартному стабілітроні з напругою стабілізації 10^-12В і струмом стабілізації не менш 15мА. Рухомі електроди виконуються у вигладі ланцюгів із зносостійкої сталі, а контрольна ділянка уявляє собою заземлений металічний лист. Пристрій для контролю ізоляції та захисту пересувних електроустановок працює таким чином. Різниця потенціалів поміж корпусом тролейбуса і рухомими електродами поступає на вхід високочастотного фільтра 1, що забезпечує захист пристрою від помилкових спрацьовувань під впливом високочастотних складових і короткочасних імпульсів в мережі постійного струму живильної напруги 600В. Різниця потенціалів з виходу фільтра 1 подається на вхід подільника напруги 2. Подільник напруги 2 формує значення напруги, що пропорційні струмам витікання. Далі сигнали поступають в підсилювач струму 3, де підсилюються і подаються в блок порівняння 4, де виконується операція порівняння отриманих значень з еталонними величинами. Візуально значення струмів витікання можуть контролюватися за допомогою індикатора струму, підключеного до підсилювача струму 3 або блоку порівняння 4. При досягненні струмом витікання величини ЗмА спрацьовує блок технологічної сигналізації 5, подається світло-звуковий сигнал і імпульс на блок числової індикації 6. При значенні струму витікання 15 мА спрацьовують блок аварійної сигналізації 7 і блок вимикання живлення електоустановки 8. Подальший зріст струму визиває спрацьовування блока вимикання пристрою 9. Пристрій випробували на тролейбусі типа ЮМЗ-ТІ в тролейбусному парку. Зміни опіру ізоляції тролейбуса здійснювали шляхом підключення додаткових опірів RUOR. поміж позитивним полюсом мережі і корпусом. Живильна мережа 600В була виконана з заземленим негативним полюсом. При підключенні Ялод.=220кОм струм витікання поміж корпусом і землею склав 3,0мА, при цьому загорілася червона лампа "Витікання" і спрацювала звукова сигналізація блока технологічної сигналізації. Аналогічна картина спостерігалася при підключенні Ядод>=197кОм і струмі витікання 3,4мА. Підключення напруги +600В до корпусу пристрою визвало загорання ламп "Витікання", "Аварія", звуковий сигнал блока аварійної сигналізації і автоматичне відключення пристрою від мережі 600В. При цьому струм витікання був більш ніж 15мА. Пристрій може використовуватися у стаціонарних умовах тролейбусного парку для контролю струмів витікання. При цьому не обов'язкове стаціонарне підключення його до корпусу тролейбуса, а замість рухомих електродів застосовують стаціонарне заземлення. Результати випробувань показали працездатність пристрою та надійність в експлуатації. Джерела інформації: 1. Патент Російської Федерації № 2017300, опубл. 30.07.94, МКВ6 НО2НЗ/16. 2. Д.К.Томлянович, В. Чубуков. Защита троллейбусовіМосква, "Транспорт", 1980. устройств электроснабжения G r / /к) 3 з РГ / *> M R, 1 Д/7. r / S.S. aC/??/J/u 3/іЯ ОС зо ом) t/i/ £/7?аЗґґїґіСґ/?ю ?;,-. A Корой/usi о л В/7. SB.