RU2099207C1 - Trolleybus leakage current indicator - Google Patents
Trolleybus leakage current indicator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2099207C1 RU2099207C1 RU9696118540A RU96118540A RU2099207C1 RU 2099207 C1 RU2099207 C1 RU 2099207C1 RU 9696118540 A RU9696118540 A RU 9696118540A RU 96118540 A RU96118540 A RU 96118540A RU 2099207 C1 RU2099207 C1 RU 2099207C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- output
- current
- input
- compensating
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для определения неисправности изоляции высоковольтного электрооборудования троллейбусов, двухполюсные системы электроснабжения которых имеют заземленную у тяговой подстанции отрицательную шину. The invention relates to devices for detecting insulation malfunctions of high-voltage electrical equipment of trolley buses, the bipolar power supply systems of which have a negative rail grounded at the traction substation.
Известно устройство для контроля тока утечки электропривода троллейбуса, содержащее дифференциальный трансформатор, первичные обмотки которого включены в силовую электрическую цепь троллейбуса, а также электронную схему, осуществляющую измерение напряжения на выходной обмотке этого трансформатора (Авт. свид. СССР N 1298105, кл. B 60 L 3/00, 1987). A device for monitoring the leakage current of an electric trolley bus comprising a differential transformer, the primary windings of which are included in the power circuit of the trolley bus, as well as an electronic circuit that measures the voltage at the output winding of this transformer (Auth. Certificate. USSR N 1298105, class B 60 L 3/00, 1987).
В этом устройстве, а также в других устройствах, построенных по аналогичному принципу, ток утечки принимается равным разности токов, протекающих по плюсовому и минусовому выводам электрической цепи троллейбуса. In this device, as well as in other devices constructed according to a similar principle, the leakage current is taken equal to the difference in the currents flowing along the plus and minus terminals of the electric circuit of the trolley bus.
Однако равенство токов в цепях питания электродвигателя и, соответственно, нулевое напряжение на выходной обмотке дифференциального трансформатора может быть как при нормальном, так и при пониженном сопротивлении изоляции троллейбуса. В частности, при высоком сопротивлении шин троллейбуса указанная разность токов равна нулю при любом сопротивлении изоляции, включая полный пробой цепи положительного провода (+600В) на корпус троллейбуса, поскольку отсутствует цепь для протекания тока утечки. Поэтому данное устройство сигнализирует о наличии тока утечки не заблаговременно, а только после прикосновения пассажира к корпусу троллейбуса, что недопустимо с точки зрения электробезопасности. However, the equality of currents in the power supply circuits of the electric motor and, accordingly, the zero voltage at the output winding of the differential transformer can be both with normal and with a reduced insulation resistance of the trolley bus. In particular, with a high resistance of the trolley bus, the indicated current difference is zero for any insulation resistance, including a complete breakdown of the positive wire circuit (+ 600V) to the trolley bus body, since there is no circuit for the leakage current to flow. Therefore, this device does not signal the presence of a leakage current in advance, but only after the passenger touches the trolleybus housing, which is unacceptable from the point of view of electrical safety.
Более совершенными являются устройства, построенные по принципу компенсации падения напряжения на отрицательном проводе контактной сети. More advanced are devices built on the principle of compensating for the voltage drop on the negative wire of the contact network.
Известно устройство для сигнализации токов утечки на троллейбусе, содержащее индикатор тока утечки, включенный между кузовом троллейбуса 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 (Авт. свид. СССР N 235159, кл. 21 C, 68/50 (H 02 D), 1969). A device for signaling leakage currents on a trolley bus containing a leakage current indicator connected between the body of the trolley and the negative wire of the contact network through a compensating DC voltage source made in the form of a single-phase transformer regulator consisting of two magnetizable transformers, the primary windings of which are connected to the reference voltage, control windings for the voltage of the contact network, and the secondary windings through the rectifier are included in the indicator circuit (Aut. certificate. USSR N 23 5159, CL 21 C, 68/50 (H 02 D), 1969).
В этом устройстве выходное напряжение компенсирующего источника поддерживается приближенно равным потенциалу отрицательного провода относительно земли. Благодаря этому контролируемый ток равен действительному току утечки троллейбуса, что обеспечивает непрерывное и повсеместное действие устройства, а также высокую достоверность его показаний. In this device, the output voltage of the compensating source is maintained approximately equal to the potential of the negative wire relative to the ground. Due to this, the controlled current is equal to the actual leakage current of the trolley bus, which ensures continuous and ubiquitous operation of the device, as well as the high reliability of its readings.
Недостатком данного устройства является значительное энергопотребление со стороны низковольтной бортовой сети троллейбуса и цепей питания обмоток управления трансформаторов, а также отсутствие ограничения тока компенсации и тока через индикатор при возникновении аварийных по величине токов утечки. The disadvantage of this device is the significant power consumption from the low-voltage onboard network of the trolley bus and the power supply circuits of the transformer control windings, as well as the lack of limitation of the compensation current and current through the indicator in case of occurrence of leakage currents that are emergency in magnitude.
Более совершенным и наиболее близким к предложенному является устройство контроля изоляции электрооборудования троллейбуса, содержащее управляемый источник компенсирующего напряжения,
положительный и отрицательный выходные выводы которого через датчик тока и токоограничивающий резистор подключены соответственно к отрицательному проводу контактной сети и к кузову троллейбуса, диод, включенный между отрицательным проводом контактной сети и отрицательным выходным выводом управляемого источника компенсирующего напряжения, а также блок сигнализации и пороговый орган, выполненный в виде узла сравнения и источника опорного напряжения, включенного последовательно с одним из входов узла сравнения. Входы порогового органа подключены к датчику тока, а выход к входу блока сигнализации. Управляемый источник компенсирующего напряжения состоит из источника питания, соединенного с регулирующим органом, и устройства управления, выполненного в виде измерительно-усилительного узла, состоящего из сумматора и узлов формирования токов управления и смещения, выходы которых подключены к первому и второму входам сумматора, третий вход которого соединен с выходом порогового устройства, а выход с управляющим входом регулирующего органа. Входы узлов формирования токов управления и смещения подключены соответственно к положительному проводу контактной сети и к положительному выходному выводу управляемого источника компенсирующего напряжения (Авт. свид. СССР N 1066852, кл. B 60 L 3/02, 1984).More perfect and closest to the proposed is a device for monitoring the insulation of electrical equipment of a trolley bus containing a controlled source of compensating voltage,
the positive and negative output terminals of which are connected through a current sensor and a current-limiting resistor to the negative wire of the contact network and to the body of the trolley bus, a diode connected between the negative wire of the contact network and the negative output terminal of the controlled source of compensating voltage, as well as an alarm unit and a threshold organ made in the form of a comparison node and a reference voltage source connected in series with one of the inputs of the comparison node. The inputs of the threshold organ are connected to the current sensor, and the output to the input of the alarm unit. A controlled source of compensating voltage consists of a power source connected to the regulatory body, and a control device made in the form of a measuring and amplifying unit, consisting of an adder and nodes for generating control and bias currents, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the adder, the third input of which connected to the output of the threshold device, and the output to the control input of the regulatory body. The inputs of the nodes for the formation of control and bias currents are connected respectively to the positive wire of the contact network and to the positive output terminal of the controlled source of compensating voltage (Auth. St. USSR N 1066852, class B 60 L 3/02, 1984).
В известном устройстве, благодаря возможности работы управляемого источника компенсирующего напряжения в режиме токоограничения, обеспечивается работоспособность устройства во всем диапазоне изменения сопротивления изоляции, включая полный пробой изоляции положительного провода контактной сети на корпус троллейбуса. In the known device, due to the possibility of operation of a controlled source of compensating voltage in the current limiting mode, the device is operable in the entire range of changes in insulation resistance, including a complete breakdown of the insulation of the positive wire of the contact network to the trolley bus body.
Однако это устройство обладает низкой электробезопасностью в эксплуатации. Причины этого недостатка заключаются в
Во-первых, в данном устройстве цепи регулирования компенсирующего напряжения и цепи ограничения тока не разделены. Поэтому в случае выхода из строя измерительно-усилительного узла или регулирующего органа возможно формирование максимального компенсирующего напряжения при фактически неограниченном токе, что приводит к поражению пассажиров троллейбуса электрическим током.However, this device has low electrical safety in operation. The reasons for this drawback are
Firstly, in this device, the compensation voltage regulating circuits and the current limiting circuits are not separated. Therefore, in the event of a failure of the measuring-amplifying unit or regulatory body, it is possible to form a maximum compensating voltage at a virtually unlimited current, which leads to electric shock to the passengers of the trolleybus.
Во-вторых, при сходе токоприемников троллейбуса или при отключении напряжения в контактной сети узел формирования токов управления, фиксируя отсутствие силового напряжения, автоматически устанавливает максимальное выходное напряжение компенсирующего источника. При этом потенциал корпуса троллейбуса относительно земли устанавливается на максимальном уровне (более 100 В), что опасно для пассажиров. Причем ограничение выходного тока источника компенсирующего напряжения позволяет уменьшить, но не устранить протекание тока через пассажиров. Secondly, when the trolleybus current collectors get off or when the voltage in the contact network is disconnected, the control current generating unit, fixing the absence of the power voltage, automatically sets the maximum output voltage of the compensating source. At the same time, the potential of the trolleybus body relative to the ground is set at the maximum level (more than 100 V), which is dangerous for passengers. Moreover, limiting the output current of the source of compensating voltage allows you to reduce, but not eliminate the flow of current through the passengers.
И в-третьих, в известном сигнализаторе отсутствует автоматический контроль его работоспособности и, соответственно, формирование сигнала, предупреждающего водителя об отсутствии контроля тока утечки. And thirdly, in the known detector there is no automatic control of its performance and, accordingly, the formation of a signal warning the driver about the lack of control of the leakage current.
Задачей изобретения является разделение цепей регулирования выходного напряжения компенсирующего источника и цепей ограничения тока, а также исключение установления максимального выходного напряжения компенсирующего источника при отсутствии силового напряжения и, соответственно, повышение электробезопасности сигнализатора. The objective of the invention is the separation of the control circuits of the output voltage of the compensating source and the current limiting circuits, as well as the exclusion of establishing the maximum output voltage of the compensating source in the absence of power voltage and, accordingly, increasing the electrical safety of the signaling device.
Дополнительной задачей является обеспечение автоматического контроля работоспособности сигнализатора. В бортовом сигнализаторе тока утечки троллейбуса, содержащем управляемый источник компенсирующего напряжения, связанный одним из выходных выводов через токоограничивающий резистор с кузовом троллейбуса и выполненный с регулирующим органом и измерительно-усилительным узлом, вход которого посредством токосъемников связан с положительным и отрицательным проводами контактной сети, а выход подключен к управляющему входу регулирующего органа, и пороговый орган, выход которого подключен к входу блока сигнализации, решение поставленной задачи достигается тем, что в управляемый источник компенсирующего напряжения дополнительно вводятся генератор импульсов, измеритель-ограничитель тока, разделительный конденсатор, выпрямитель и сглаживающий фильтр, причем питающий вход регулирующего органа включается параллельно входу измерительно-усилительного узла, а выход соединяется с питающим входом генератора импульсов, выход которого через разделительный конденсатор подключается ко входу выпрямителя, на выходе выпрямителя с напряжением отрицательной полярности, являющемся выходом управляемого источника компенсирующего напряжения, включается сглаживающий фильтр, а с его выходом напряжения положительной полярности соединяется вход измерителя-ограничителя тока, подключенного выходом ко входу порогового органа. An additional task is to ensure automatic monitoring of the operation of the signaling device. In the on-board trolley leakage current detector, containing a controlled source of compensating voltage, connected by one of the output terminals through a current-limiting resistor to the trolley bus body and made with a regulatory body and a measuring and amplifying unit, the input of which is connected to the positive and negative wires of the contact network via current collectors, and the output connected to the control input of the regulatory body, and the threshold body, the output of which is connected to the input of the alarm unit, the solution The problem is achieved by the fact that a pulse generator, a current-limiter meter, an isolation capacitor, a rectifier and a smoothing filter are additionally introduced into a controlled source of compensating voltage, and the power input of the regulatory body is connected parallel to the input of the measuring amplifier, and the output is connected to the power input of the pulse generator, the output of which is connected through the isolation capacitor to the input of the rectifier, at the output of the rectifier with a voltage of negative polarity, which is by the output of a controlled source of compensating voltage, a smoothing filter is turned on, and with its output of a voltage of positive polarity, the input of the current limiter connected to the input of the threshold organ is connected.
Кроме того, поставленная задача решается путем дополнительного соединения выхода управляемого источника компенсирующего напряжения с дополнительным входом обратной связи измерительно-усилительного узла, а также путем дополнительного введения защитных диодов, включенных в цепь токосъемника, связанного с положительным проводом контактной сети, а также между токоограничивающим резистором и кузовом троллейбуса. In addition, the problem is solved by additionally connecting the output of a controlled source of compensating voltage with an additional feedback input of the measuring amplifier unit, as well as by additionally introducing protective diodes included in the current collector circuit connected to the positive wire of the contact network, as well as between the current-limiting resistor and trolley bus body.
Решение поставленной дополнительной задачи достигается путем дополнительного введения в сигнализатор логического узла контроля наличия компенсирующего напряжения, входы которого соединены с выходами управляемого источника компенсирующего напряжения и порогового органа, а выход с дополнительным входом блока сигнализации. The solution of this additional problem is achieved by additionally introducing into the annunciator a logical node for monitoring the presence of compensating voltage, the inputs of which are connected to the outputs of a controlled source of compensating voltage and a threshold organ, and the output with an additional input of the alarm unit.
Заявляемый бортовой сигнализатор тока утечки отличается от известных наличием новых блоков, элементов и схемных узлов: измерителя-ограничителя тока, разделительного конденсатора, выпрямителя, сглаживавшего фильтра и логического узла контроля наличия компенсирующего напряжения, а также изменением связей между этими блоками, элементами и узлами. The inventive airborne leakage current warning device differs from the known ones by the presence of new blocks, elements and circuit units: a current limiter, an isolation capacitor, a rectifier, a smoothing filter and a logical node for monitoring the presence of a compensating voltage, as well as a change in the connections between these blocks, elements and nodes.
Сравнение заявляемого решения с известными техническими решениями показывает, что ранее устройство, совмещающее функции измерения и ограничения тока в сигнализаторах тока утечки, не использовалось. Из других областей техники известно применение измерителя-ограничителя тока в непрерывных стабилизаторах напряжения с целью обеспечения их защиты от короткого замыкания нагрузки (см. например, Алексенко А.Г. и др. Применение прецизионных аналоговых микросхем. М. Радио и связь, 1985. с. 223, рис. 6, 7). В заявленном техническом решении введенный измеритель-ограничитель тока проявляет новые свойства, а именно обеспечивает защиту пассажиров от поражения электрическим током при отказе цепей регулирования выходного напряжения компенсирующего источника, а также формирует выходной сигнал, свидетельствующий о наличии тока утечки, превышающего допустимую величину. Comparison of the proposed solution with known technical solutions shows that previously a device that combines the functions of measuring and limiting the current in the leakage current detectors was not used. From other areas of technology it is known the use of a current limiting meter in continuous voltage stabilizers in order to ensure their protection against short circuit loads (see, for example, A. Aleksenko and others. The use of precision analog microcircuits. M. Radio and communication, 1985. p . 223, Fig. 6, 7). In the claimed technical solution, the introduced current limiting meter exhibits new properties, namely, it protects passengers from electric shock in case of failure of the output voltage control circuits of the compensating source, and also generates an output signal indicating the presence of a leakage current exceeding the permissible value.
Включение измерителя-ограничителя тока в плюсовой вывод выпрямителя в сигнализаторах тока утечки, а также в других областях техники ранее не использовалось. The inclusion of a current limiter in the positive terminal of the rectifier in leakage current detectors, as well as in other areas of technology, has not been previously used.
Подключение цепей питания генератора импульсов через регулирующий орган непосредственно к силовой цепи, а также соединение выхода этого генератора через разделительный конденсатор и выпрямитель с выходом источника компенсирующего напряжения ранее в сигнализаторах тока утечки не использовалось. Из других областей техники известно соединение выхода генератора с выпрямителем через разделительный конденсатор в схема инвертирования постоянного напряжения (см. например, Бирюков С. А. Цифровые устройства на МОП интегральных микросхемах. М. Радио и связь, 1990. с. 77, рис. 125). Однако в предложенном устройстве указанные функциональные блоки и связи проявляют новые свойства, а именно при сходе токоприемников троллейбуса или при отключении напряжения в контактной сети выходное напряжение компенсирующего источника, благодаря одновременному отключению цепей питания и цепей управления, автоматически устанавливается равным нулю, что обеспечивает эффективную защиту пассажиров от поражения электрическим током. The connection of the power supply circuits of the pulse generator through the regulator directly to the power circuit, as well as the connection of the output of this generator through an isolation capacitor and rectifier to the output of the source of compensating voltage have not been used previously in the leakage current signaling devices. From other areas of technology it is known to connect the output of the generator with a rectifier through an isolation capacitor to a DC voltage inversion circuit (see, for example, S. Biryukov. Digital devices on MOS integrated circuits. M. Radio and communications, 1990. p. 77, Fig. 125 ) However, in the proposed device, the indicated functional blocks and communications exhibit new properties, namely, when the trolleybus current collectors go off or when the voltage in the contact network is disconnected, the output voltage of the compensating source, due to the simultaneous disconnection of the power and control circuits, is automatically set to zero, which ensures effective protection of passengers from electric shock.
Логические узлы для контроля наличия напряжения широко применяются в различных областях техники. Однако в заявленном техническом решении логический узел (с соответствующими связями) проявляет новое свойство обеспечивает непрерывный автоматический контроль работоспособности сигнализатора тока утечки троллейбуса. Logic nodes for voltage control are widely used in various fields of technology. However, in the claimed technical solution, the logical node (with the appropriate connections) exhibits a new property that provides continuous automatic monitoring of the operability of the trolleybus leakage current detector.
В предложенном устройстве цепи регулирования компенсирующего напряжения и цепи ограничения тока разделены. Поэтому, в случае выхода из строя устройства управления с (измерительно-усилительного узла) или регулирующего органа, поражения пассажиров троллейбуса электрическим током не происходит. Кроме того, совмещение цепей питания и цепей управления источника компенсирующего напряжения обеспечивает автоматическое отключение компенсирующего напряжения при сходе токоприемников троллейбуса или при отключении напряжения в контактной сети, что также повышает электробезопасность сигнализатора. К дополнительному повышению электробезопасности приводит также наличие автоматического контроля работоспособности сигнализатора. Все эти факторы в совокупности и обеспечивают решение поставленной задачи. In the proposed device, the control circuit of the compensating voltage and the current limiting circuit are separated. Therefore, in the event of a failure of the control device from the (measuring-amplifying unit) or the regulatory body, electric shock does not occur to the passengers of the trolleybus. In addition, the combination of power and control circuits of the source of compensating voltage provides automatic shutdown of the compensating voltage when the current collectors of the trolleybus are off or when the voltage in the contact network is turned off, which also increases the electrical safety of the signaling device. An additional increase in electrical safety is also caused by the automatic monitoring of the operation of the signaling device. All these factors together provide a solution to the problem.
На фиг.1 представлена функциональная схема сигнализатора тока утечки; на фиг. 2 пример реализации измерительно-усилительного узла. Figure 1 presents the functional diagram of the leakage current detector; in FIG. 2 example implementation of a measuring and amplifying unit.
Бортовой сигнализатор тока утечки троллейбуса содержит управляемый источник компенсирующего напряжения 1, выход которого через токоограничивающий резистор 2 соединен с кузовом троллейбуса 3, а также пороговый орган 4, выход которого подключен к входу блока сигнализации 5. Управляемый источник компенсирующего напряжения 1 включает в себя измерительно-усилительный узел 6, регулирующий орган 7, генератор импульсов 8, разделительный конденсатор 9, выпрямитель 10, измеритель-ограничитель тока 11 и сглаживающий фильтр 12. Положительный провод контактной сети 13 подключен к объединенным входам измерительно-усилительного узла 6 и регулирующего органа 7. Выход регулирующего органа 7 подключен к питающему входу генератора импульсов 8, выход которого через разделительный конденсатор 9 соединен с входом выпрямителя 10, минусовой выход которого подключен к сглаживающему фильтру 12 и к выходу управляемого источника компенсирующего напряжения 1. Плюсовой выход выпрямителя 10 соединен со входом измерителя-ограничителя тока 11, выход которого подключен к входу порогового органа 4. The on-board trolley leakage current signal device contains a controlled source of compensating voltage 1, the output of which is connected through the current-limiting resistor 2 to the body of the trolley 3, and a threshold organ 4, whose output is connected to the input of the
Сигнализатор может также содержать дополнительное соединение выхода управляемого источника компенсирующего напряжения 1 с дополнительным входом обратной связи измерительно-усилительного узла 6. The detector may also contain an additional connection of the output of a controlled source of compensating voltage 1 with an additional feedback input of the measuring and amplifying
Пороговое устройство 4 может быть выполнено в виде триггера Шмитта. The threshold device 4 can be made in the form of a Schmitt trigger.
Блок сигнализации 5 может содержать схему формирования прерывистого звукового сигнала, выполненную в виде последовательно соединенных генератора прерываний 16, звукового генератора 17 и пьезоэлектрического звонка 20. Для световой индикации наличия аварийных токов утечки, а также нормального функционирования сигнализатора используются световые (светодиодные) индикаторы 18 и 19. The
Регулирующий орган 7 построен по схеме параллельного регулятора и содержит балластный резистор (или несколько последовательно соединенных резисторов) 21 и регулирующий транзистор 22. The regulatory body 7 is built according to the parallel controller circuit and contains a ballast resistor (or several series-connected resistors) 21 and a control transistor 22.
Генератор импульсов 8 в общем случае содержит задающий генератор прямоугольных импульсов 23 и усилитель мощности 24. The pulse generator 8 in the General case contains a master oscillator of rectangular pulses 23 and a power amplifier 24.
Выпрямитель 10 выполнен на двух высоковольтных диодах 25 и 26. The rectifier 10 is made on two high-voltage diodes 25 and 26.
Измеритель-ограничитель тока 11 может быть реализован на высоковольтном транзисторе 27, резисторах 28, 29, 30 и стабилитроне 31. Резистор 29 при этом подключается к источнику опорного напряжения +E0. Ограничивающий резистор 30 может быть подключен как к коллектору, так и к эмиттеру транзистора 27.The current limiter 11 can be implemented on a high-voltage transistor 27, resistors 28, 29, 30 and a zener diode 31. The resistor 29 is connected to a reference voltage source + E 0 . The limiting resistor 30 can be connected to both the collector and the emitter of the transistor 27.
В качестве сглаживающего фильтра 12 может быть использован конденсатор. A capacitor may be used as a smoothing filter 12.
Логический узел контроля наличия компенсирующего напряжения 15 может быть выполнен на основе элемента 2ИЛИ-НЕ 32 и двух согласующих резисторов 33 и 34. The logical node to control the presence of compensating voltage 15 can be performed on the basis of element 2 OR NOT 32 and two matching resistors 33 and 34.
Измерительно-усилительный узел 6 (фиг. 2) может быть реализован по дифференциальной схеме на транзисторах 35, 36 и токозадающем резисторе 37. Для инвертирования выходного сигнала дифференциальной схемы установлен согласующий каскад, выполненный на транзисторе 38 и резистор 39. Для формирований выходного тока, обеспечивающего получение необходимой функциональной зависимости между напряжением в силовой сети +Uс и выходным компенсирующим напряжением -Uк, используются точные делители напряжения, выполненные на резисторах 40 44, а также источник опорного напряжения +E0.The measuring and amplifying unit 6 (Fig. 2) can be implemented in a differential circuit on
Для задания выходного тока измерительно-усилительного узла 6 (базового тока регулирующего транзистора 22) используется резистор 45, подключенный к напряжению силовой сети +Uс (или к отводу балластного резистора 21).To set the output current of the measuring and amplifying unit 6 (the base current of the control transistor 22), a
В варианте реализации сигнализатора без дополнительного соединения выхода управляемого источника компенсирующего напряжения 1 с дополнительным входом обратной связи измерительно-усилительного узла 6 резистор 44 не устанавливается. В этом случае база транзистора 35 через дополнительный резистор может быть соединена с выходом регулирующего органа 7. In an embodiment of the detector without additional connection of the output of the controlled source of compensating voltage 1 with the additional feedback input of the measuring and amplifying
Для дополнительного повышения электробезопасности сигнализатора при изменении полярности в контактной сети в цепь питания сигнализатора и последовательно с выходом компенсирующего источника напряжения могут быть включены защитные диоды 46, 47. To further increase the electrical safety of the signaling device when changing the polarity in the contact network, protective diodes 46, 47 can be included in the power supply circuit of the signaling device and in series with the output of the compensating voltage source.
Устройство работает следующим образом. Во время движения троллейбуса на линии зависимость потенциала минусового провода Uм от напряжения в контактной сети Uс при практически оправданном допущении о равенстве падения напряжения в питающей и отсасывающей линиях выражается формулой (Авт. свид. СССР N 235159, кл. 21 С, 68/50 (H 02 D), 1969):
Uм A Uс/2,
где A Uш/2 + Uмш;
Uш напряжение на шинах тяговой подстанции с (600-700В).The device operates as follows. During the movement of the trolleybus on the line, the dependence of the potential of the negative conductor U m on the voltage in the contact network U s, with the practically justified assumption that the voltage drop in the supply and suction lines is equal, is expressed by the formula (Avt. Certificate. USSR N 235159, CL 21 C, 68 / 50 (H 02 D), 1969):
U m AU s / 2,
where AU w / 2 + U ms ;
U w voltage on the tires of the traction substation with (600-700V).
Uмш потенциал минусовой шины относительно земли.U msh the potential of the negative rail relative to the ground.
Величина А в течение суток изменяется в узком интервале, а ее среднее значение составляет 310 В. Поэтому зависимость (1) можно считать линейной. The value of A during the day varies in a narrow range, and its average value is 310 V. Therefore, dependence (1) can be considered linear.
Предложенный сигнализатор, контролируя напряжение в контактной сети Uс и используя известную зависимость (1), создает на кузове троллейбуса компенсирующее напряжение отрицательной полярности -Uк, приближенно равное потенциалу минусового провода Uм.The proposed signaling device, controlling the voltage in the contact network U s and using the well-known dependence (1), creates on the trolley bus body a compensating voltage of negative polarity -U k , approximately equal to the potential of the negative wire U m .
В соответствии с этим напряжение между кузовом троллейбуса и землей близко к нулю, а выходной ток управляемого источника компенсирующего напряжения 1 равен действительному току утечки троллейбуса. Accordingly, the voltage between the trolleybus body and the ground is close to zero, and the output current of the controlled source of compensating voltage 1 is equal to the actual leakage current of the trolleybus.
Компенсирующее напряжение -Uк формируется путем преобразования постоянного напряжения силовой цепи +Uс в переменное и последующего выпрямления переменного напряжения.The compensating voltage -U k is formed by converting the DC voltage of the power circuit + U s to AC and then rectifying the AC voltage.
Для получения переменного напряжения используется задающий генератор 23 и усилитель 24. Усилитель 24 работает в ключевом режиме. Поэтому амплитуда переменного напряжения на его выходе близка к величине напряжения питания. To obtain an alternating voltage, a master oscillator 23 and an amplifier 24 are used. The amplifier 24 operates in a key mode. Therefore, the amplitude of the alternating voltage at its output is close to the value of the supply voltage.
Питание усилителя 24, а следовательно, и всего управляемого источника компенсирующего напряжения 1 осуществляется непосредственно от силовой сети +Uс через резистор 21 регулирующего органа 7.The power of the amplifier 24, and therefore of the entire controlled source of compensating voltage 1, is carried out directly from the power network + U s through the resistor 21 of the regulatory body 7.
Переменное напряжение через разделительный конденсатор 9 поступает на вход однополупериодного выпрямителя 10. Alternating voltage through the isolation capacitor 9 is fed to the input of a half-wave rectifier 10.
В случае, когда ток утечки меньше допустимого значения (3 мА), напряжение на измерителе-ограничителе тока 11 близко к нулю и величина выходного напряжения компенсирующего источника 1 практически равна амплитуде выходного переменного напряжения генератора импульсов 8. Причем в зависимости от выходного тока измерительно-усилительного узла 6 происходит изменение степени насыщения регулирующего транзистора 22. Это приводит к изменению величины напряжения питания генератора импульсов 8, а следовательно, и амплитуды переменного напряжения на его выходе. В соответствии с этим изменяется и величина выходного напряжения управляемого источника 1. In the case when the leakage current is less than the permissible value (3 mA), the voltage at the current limiter 11 is close to zero and the output voltage of the compensating source 1 is almost equal to the amplitude of the output alternating voltage of the pulse generator 8. Moreover, depending on the output current of the measuring
Формирование необходимого тока базы регулирующего транзистора 22 осуществляется следующим образом. The formation of the required base current of the control transistor 22 is as follows.
На базу транзистора 35 дифференциального каскада измерительно-усилительного узла 6 (см. фиг. 2) через делитель напряжения, выполненный на резисторах 40 и 41, подается напряжение силовой сети +Uс. Аналогичным образом на базу транзистора 36 этого каскада через делитель напряжения, выполненный на резисторах 42 и 43, подается отрицательное компенсирующее напряжение -Uк. Одновременно на базу этого транзистора через резистор 42 подается положительное напряжение смещения +E0.At the base of the
В нормальном режиме работы сигнализатора напряжения на базах транзисторов 35 и 36 близки по величине, транзисторы 38 и 22 находятся в активном режиме, и на выходе регулирующего органа 7 устанавливается некоторое постоянное напряжение +Uр, обеспечивающее поддержание на выходе управляемого источника 1 заданной величины компенсирующего напряжения -Uк.In the normal mode of operation of the voltage detector at the bases of
При уменьшении напряжения в силовой сети происходит снижение напряжения на базе транзистора 35. Это приводит к увеличению его коллекторного тока и, соответственно, базового и коллекторного токов транзистора 38. Суммарная величина тока коллектора транзистора 38 и базового тока регулирующего транзистора 22 задается резистором 45. Поэтому увеличение коллекторного тока транзистора 38 приводит к уменьшению базового, а следовательно, и коллекторного тока транзистора 22. Уменьшение коллекторного тока регулирующего транзистора 22 приводит к увеличению выходного напряжения регулятора напряжения 7 и, соответственно, выходного компенсирующего напряжения -Uк.When the voltage in the power network decreases, the voltage at the base of the
Увеличенное (по абсолютной величине) компенсирующее напряжение -Uк через резистор 44 поступает на транзистор 36, обеспечивая уменьшение напряжения на его базе. Далее процесс увеличения компенсирующего напряжения продолжается до достижения равенства напряжений на базах транзисторов 35 и 36.The increased (in absolute value) compensating voltage -U to through the
Аналогичным образом увеличение напряжения в контактной сети и соответствующее увеличение напряжения на базе транзистора 35 приводит к увеличению коллекторного тока регулирующего транзистора 22 и уменьшению выходного компенсирующего напряжения до величины, соответствующей равенству напряжений на базах транзисторов 35 и 36. Similarly, an increase in voltage in the contact network and a corresponding increase in voltage at the base of
Сопротивления резисторов 41-44 и величина напряжения смещения +E0 в измерительно-усилительном узле 6 выбраны таким образом, что во всем диапазоне изменения напряжения в контактной сети величина компенсирующего напряжения -Uк устанавливается в соответствии с зависимостью (1).The resistances of the resistors 41-44 and the bias voltage + E 0 in the measuring and amplifying
Возможны варианты реализации измерительно-усилительного узла 6 без обратной связи по компенсирующему напряжению. В частности, при отсутствии резистора 44, изменение величины напряжения в контактной сети приводит к изменению коллекторных токов транзисторов 35, 38 и 22 и к соответствующему изменению величины компенсирующего напряжения. Однако в этом случае зависимость (1) будет реализована с меньшей температурной и временной стабильностью. Possible implementations of the measuring and amplifying
Обратная связь по компенсирующему напряжению может быть заменена (с несколько худшими результатами) обратной связью по напряжению питания генератора импульсов 8. В этом случае база транзистора 35 измерительно-усилительного узла 6 через дополнительный резистор (на фиг.1 и 2 условно не показан) соединяется с выходом регулирующего органа 7. Feedback on the compensating voltage can be replaced (with slightly worse results) by feedback on the supply voltage of the pulse generator 8. In this case, the base of the
На тяговой подстанции потенциал минусовой шины относительно земли имеет некоторую небольшую величину Uмш. Кроме того в небольших пределах изменяется напряжение на шинах тяговой подстанции Uш Поэтому при низком сопротивлении шин троллейбуса, например в дождливую погоду, между выходом управляемого источника компенсирующего напряжения 1 и кузовом троллейбуса может присутствовать небольшое остаточное напряжение (до 15 В). Для ограничения выходного тока управляемого источника компенсирующего напряжения 1 и, соответственно, для исключения ложных срабатываний сигнализатора в этом режиме используется токоограничивающий резистор 2.At a traction substation, the potential of the negative bus with respect to the ground has some small value U ms . In addition, the voltage on the traction substation tires U w varies within small limits. Therefore, with a low resistance of the trolley bus, for example in rainy weather, a small residual voltage (up to 15 V) may be present between the output of the controlled source of compensating voltage 1 and the trolley bus body. To limit the output current of a controlled source of compensating voltage 1 and, accordingly, to eliminate false alarms of the detector in this mode, a current-limiting resistor 2 is used.
Ток утечки троллейбуса от плюсового или минусового провода силовой (контактной) сети через кузов троллейбуса 3 и токоограничивающий резистор 2 поступает на выход управляемого источника компенсирующего напряжения 1 и далее протекает по диодам выпрямителя 10 и по измерителю-ограничителю тока 11. The leakage current of the trolleybus from the plus or minus wire of the power (contact) network through the trolleybus body 3 and the current-limiting resistor 2 is supplied to the output of the compensating voltage controlled source 1 and then flows through the rectifier diodes 10 and the current limiter 11.
Если ток утечки не превышает допустимую величину (например, 3 мА), транзистор 27 измерителя-ограничителя тока 11 за счет базового тока, протекающего от источника опорного напряжения +E0 через резистор 29, находится в насыщенном состоянии и напряжение между выводами измерителя-ограничителя тока 11 невелико. Поэтому на входе порогового органа 4 устанавливается низкий уровень потенциала. Соответственно на первом входе блока сигнализации 5 устанавливается нулевой уровень потенциала, а звуковой 20 и световой 19 индикаторы (с маркировкой "Авария") находятся в выключенном состоянии.If the leakage current does not exceed the permissible value (for example, 3 mA), the transistor 27 of the current limiter 11 due to the base current flowing from the reference voltage source + E 0 through the resistor 29 is in a saturated state and the voltage between the terminals of the current limiter 11 is small. Therefore, at the entrance of the threshold organ 4, a low level of potential is established. Accordingly, at the first input of the
Низкий уровень потенциала с выхода порогового органа 4 поступает на первый вход схемы 2ИЛИ-НЕ 32 логического узла контроля наличия компенсирующего напряжения 15. Одновременно на второй вход схемы 2ИЛИ-НЕ 32 через резистор 33 с выхода управляемого источника компенсирующего напряжения 1 поступает отрицательное напряжение -Uк, которое компенсирует ток, протекающий от источника +E0 через резистор 34.A low level of potential from the output of the threshold organ 4 is supplied to the first input of the circuit 2OR-NOT 32 of the logic node for controlling the presence of compensating voltage 15. At the same time, the negative voltage -U to the second input of the circuit 2OR-NOT 32 through the resistor 33 from the output of the controlled source of the compensating voltage 1 , which compensates for the current flowing from the source + E 0 through the resistor 34.
Поэтому в нормальном режиме работы сигнализатора, когда отсутствует сигнал с порогового органа 4, а на выходе управляемого источника компенсирующего напряжения 1 присутствует отрицательный потенциал, на выходе схемы 2ИЛИ-НЕ появляется высокий уровень потенциала, приводящий к включению светодиода 18 (с маркировкой "Норма") в блоке сигнализации 5. Этот светодиод сигнализирует об исправности сигнализатора и об отсутствии недопустимо больших (аварийных) токов утечки. Therefore, in the normal mode of operation of the signaling device, when there is no signal from the threshold organ 4, and a negative potential is present at the output of the controlled source of compensating voltage 1, a high level of potential appears at the output of circuit 2 OR NOT, leading to the LED 18 turning on (marked "Normal") in the
В случае отказа управляемого источника компенсирующего напряжения 1 исчезает отрицательное напряжение на его выходе. Это приводит к появлению высокого уровня потенциала на втором входе схемы 2ИЛИ-НЕ 32 (за счет резистора 34) и отключению светодиода 18 "Норма". In the event of a failure of the controlled source of compensating voltage 1, the negative voltage at its output disappears. This leads to the appearance of a high level of potential at the second input of the 2OR-NOT 32 circuit (due to the resistor 34) and the LED 18 "Normal" turns off.
Увеличение тока утечки приводит к пропорциональному увеличению напряжения на резисторе 28, включенном в цепь эмиттера транзистора 27 измерителя-ограничителя тока 11. При величине тока утечки около 3 мА напряжение на резисторе 28 становится равным напряжению стабилизации стабилитрона 31. Это приводит к резкому уменьшению базового тока транзистора 27, выходу этого транзистора из режима насыщения и, соответственно, к увеличению напряжения на его коллекторе. An increase in the leakage current leads to a proportional increase in the voltage across the resistor 28, which is included in the emitter circuit of the transistor 27 of the current limiter 11. When the leakage current is about 3 mA, the voltage across the resistor 28 becomes equal to the stabilization voltage of the zener diode 31. This leads to a sharp decrease in the base current of the transistor 27, the output of this transistor from saturation mode and, accordingly, to an increase in voltage at its collector.
Повышенное напряжение с коллектора транзистора 27 через резистор 30 поступает на вход порогового органа 4 и приводит к его срабатыванию. Высокий уровень потенциала с выхода порогового органа 4 поступает на блок сигнализации 5 и запускает генератор прерываний 16, который, в свою очередь, периодически запускает звуковой генератор 17. The increased voltage from the collector of the transistor 27 through the resistor 30 is fed to the input of the threshold organ 4 and leads to its operation. A high level of potential from the output of the threshold organ 4 is supplied to the
В итоге увеличение тока утечки до 3 мА вызывает появление прерывистого звукового сигнала, предупреждающего водителя о необходимости принятия необходимых мер безопасности. Одновременно, благодаря подключению светодиода 19 к выходу генератора прерываний 16, звуковой сигнал "Авария" дублируется световым. As a result, an increase in the leakage current up to 3 mA causes an intermittent sound signal, warning the driver about the need to take the necessary safety measures. At the same time, due to the connection of the LED 19 to the output of the interrupt generator 16, the sound signal "Alarm" is duplicated by the light.
В этом режиме высокий уровень потенциала, поступающий с выхода порогового органа 4 на вход логического узла контроля наличия компенсирующего напряжения 15, приводит к отключению светодиода 18 "Норма". In this mode, a high level of potential coming from the output of the threshold organ 4 to the input of the logical node for monitoring the presence of compensating voltage 15, turns off the LED 18 "Normal".
При дальнейшем снижении сопротивления изоляции, в том числе до полного пробоя силовых цепей +600 В на кузов троллейбуса, ток через измеритель-ограничитель тока 11, а следовательно, и выходной ток управляемого источника компенсирующего напряжения 1 ограничивается на заданном уровне (3 мА), а сигнализатор сохраняет свою работоспособность. With a further decrease in insulation resistance, including up to a complete breakdown of +600 V power circuits to the trolleybus body, the current through the current limit meter 11, and therefore the output current of the controlled source of compensating voltage 1 is limited to a predetermined level (3 mA), and the signaling device remains operational.
Для дополнительного повышения электробезопасности сигнализатора при изменении полярности в контактной сети в цепь питания сигнализатора и последовательно с выходом компенсирующего источника напряжения могут быть включены дополнительные защитные диоды 46, 47. To further increase the electrical safety of the signaling device when changing the polarity in the contact network, additional protective diodes 46, 47 can be included in the power supply circuit of the signaling device and in series with the output of the compensating voltage source.
Высокая электробезопасность предложенного сигнализатора тока утечки обусловлена разделением цепей регулирования компенсирующего напряжения и цепей ограничения тока. При выходе из строя любого функционального узла сигнализатора на его выходе будет либо ограниченное напряжение, либо ограниченный ток. Поэтому в любом случае работа сигнализатора не может привести к поражению пассажиров троллейбуса электрическим током. The high electrical safety of the proposed leakage current detector is due to the separation of the compensating voltage control circuits and the current limiting circuits. In the event of failure of any functional part of the signaling device, its output will either have a limited voltage or a limited current. Therefore, in any case, the operation of the signaling device cannot lead to electric shock to the passengers of the trolleybus.
Благодаря питанию компенсирующего источника от силовой сети, отключение напряжения в контактной сети, в том числе при сходе токоприемников троллейбуса, приводит к одновременному отключению выходного напряжение компенсирующего источника. Это позволяет исключить возникновение повышенного выходного напряжения сигнализатора в моменты отключения напряжения в контактной сети и в переходных режимах и, соответственно, повысить его электробезопасность. Due to the power supply of the compensating source from the power network, the disconnection of voltage in the contact network, including when the trolleybus current collectors are coming down, leads to the simultaneous disconnection of the output voltage of the compensating source. This makes it possible to exclude the occurrence of an increased output voltage of the signaling device at the time of voltage shutdown in the contact network and in transient conditions and, accordingly, to increase its electrical safety.
Наличие автоматического контроля работоспособности сигнализатора позволяет водителю своевременно выявить выход сигнализатора из строя и принять дополнительные меры безопасности, вызванные отсутствием контроля тока утечки троллейбуса. The presence of automatic control of the signaling device’s operability allows the driver to timely detect the signaling device’s failure and take additional safety measures caused by the lack of control of the leakage current of the trolleybus.
Ток утечки, не превышающий 3 мА, протекает через сигнализатор, а не через пассажира. Напряжение между кузовом троллейбуса и землей в этом случае остается близким к нулю. При больших токах утечки через сигнализатор протекает ток 3 мА. Соответственно на эту величину уменьшается и ток, протекающий через пассажира, прикоснувшегося к кузову троллейбуса. A leakage current not exceeding 3 mA flows through the detector, and not through the passenger. The voltage between the trolleybus body and the ground in this case remains close to zero. At high leakage currents, a current of 3 mA flows through the detector. Accordingly, the current flowing through the passenger touching the trolleybus body decreases by this value.
Поэтому предложенный сигнализатор, кроме контроля тока утечки троллейбуса, обладает определенными защитными (токоотводящими) свойствами. Therefore, the proposed signaling device, in addition to monitoring the leakage current of the trolley bus, has certain protective (current-removing) properties.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9696118540A RU2099207C1 (en) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | Trolleybus leakage current indicator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9696118540A RU2099207C1 (en) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | Trolleybus leakage current indicator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2099207C1 true RU2099207C1 (en) | 1997-12-20 |
| RU96118540A RU96118540A (en) | 1998-01-10 |
Family
ID=20185505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU9696118540A RU2099207C1 (en) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | Trolleybus leakage current indicator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2099207C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1093957A2 (en) * | 1999-10-20 | 2001-04-25 | Kiepe Elektrik GmbH & Co. KG | Method for detecting and monitoring the trolley-bus chassis-contact voltage and a device for carrying out the method |
| CN103633563A (en) * | 2013-11-06 | 2014-03-12 | 湖南南车时代电动汽车股份有限公司 | Power distribution unit for trolley bus and trolley bus comprising same |
-
1996
- 1996-09-18 RU RU9696118540A patent/RU2099207C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SU, авторское свидетельство, 1066852, кл. B 60 L 3/02, 1984. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1093957A2 (en) * | 1999-10-20 | 2001-04-25 | Kiepe Elektrik GmbH & Co. KG | Method for detecting and monitoring the trolley-bus chassis-contact voltage and a device for carrying out the method |
| EP1093957A3 (en) * | 1999-10-20 | 2002-03-20 | Kiepe Elektrik GmbH & Co. KG | Method for detecting and monitoring the trolley-bus chassis-contact voltage and a device for carrying out the method |
| CN103633563A (en) * | 2013-11-06 | 2014-03-12 | 湖南南车时代电动汽车股份有限公司 | Power distribution unit for trolley bus and trolley bus comprising same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0759220B1 (en) | Detector for monitoring the integrity of a ground connection to an electrical appliance | |
| CN113161995B (en) | Apparatus and method for fault current detection | |
| US3286129A (en) | Fault detection network | |
| CN110865311B (en) | Device for detecting direct or alternating current, module and protection unit comprising same | |
| AU2014204920A1 (en) | Measurement arrangement and method for detecting an AC voltage as a rail potential in DC railway systems and use of the measurement arrangement | |
| RU2099207C1 (en) | Trolleybus leakage current indicator | |
| US4191946A (en) | Warning apparatus with a line integrity supervisory circuit | |
| US4242674A (en) | Alternator failure warning indicator | |
| JPS5911871B2 (en) | Overcurrent sensing circuit | |
| GB2191591A (en) | Earth monitoring | |
| JPH04222417A (en) | Differential current protecting circuit | |
| US3809962A (en) | Ground current powered ground fault protector | |
| JPS62166739A (en) | Regulator overvoltage circuit | |
| US20230156894A1 (en) | Energy metering and surge current detection | |
| US4441076A (en) | Motion detection apparatus for electric motors | |
| US3579223A (en) | Transistorized monitoring circuit | |
| RU2155424C1 (en) | Protective and ground-fault detecting device | |
| US4628244A (en) | Electrical indicating circuit | |
| SU1066852A1 (en) | Apparatus for monitoring insulation of trolley-bus electric equipment | |
| SU1749849A1 (en) | Device for checking resistance of insulation of electrical chains | |
| SU1128325A1 (en) | Device for checking main voltage | |
| CA1230376A (en) | Electrical indicating circuit for a battery charger | |
| RU2085414C1 (en) | Device to protect ac traction circuit in case of insulation faults in poles non-grounded to rails | |
| SU832644A2 (en) | Device for deferential protection of dc network portions | |
| RU2290752C1 (en) | Alternating-current relay |