система распределения электроэнергии электроустановок транспорта повышенной надежности и пожароэлектробезопасности

Формула изобретения

Система распределения электроэнергии, содержащая изолированный и заземленный полюсы питания, выключатель питания, сопротивления нагрузки и изоляции, первые входы которых через выключатель питания соединены с изолированным полюсом питания, а второй вход сопротивления изоляции соединен с заземленным полюсом питания, отличающаяся тем, что система снабжена нелинейным сопротивлением и клеммами для измерения сопротивления изоляции, подключенными к выводам нелинейного сопротивления, которое включено между землей и вторым входом сопротивления нагрузки.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к электроустановкам, содержащим заземленные системы распределения электроэнергии, в том числе к транспортным электроустановкам. Изобретение направлено на улучшение условий диагностирования электрооборудования и систем распределения электроэнергии и предназначено для повышения надежности и безопасности эксплуатации электроустановок.

Конкретно данное изобретение относится к повышению пожароэлектробезопасности силовых цепей систем распределения электроэнергии путем обеспечения контроля сопротивления изоляции в процессе эксплуатации заземленных систем распределения электроэнергии, например, силовых цепей постоянного тока тягового электропривода транспортных электроустановок высокоскоростных поездов, пригородных электропоездов, трамваев, поездов метрополитена, электроустановок морских кораблей и судов и так далее.

Известны системы распределения электроэнергии, изолированные от корпуса (земли) электроустановок транспорта (Регистр СССР. Правила классификации и постройки морских судов, 1990, т. 2). В таких системах как постоянного, так и переменного тока контролируют в процессе эксплуатации параметры электрической изоляции (сопротивление изоляции относительно корпуса, емкость и др.), обеспечивая повышение пожароэлектробезопасности.

Известна судовая электроэнергетическая система - аналог (А.С. Судовая электроэнергетическая система. 08.09.86. Григорьев Э.Н. и др.), которая для обеспечения контроля состояния изоляции содержит блок контроля состояния изоляции, а также потребители переменного тока и потребители постоянного тока, подключенные через выпрямительный блок и ключ к распределительной сети, отличающаяся тем, что с целью повышения эффективности контроля состояния изоляции системы введены дополнительный выпрямитель, входы которого подключены к распределительной сети, первый и второй управляемые ключи, входы которых подключены соответственно к выходам дополнительного выпрямителя, а выходы соединены между собой и через введенный нагрузочный резистор, подключенный к выводам, предназначенным для подключения к корпусу судна, блок выделения постоянной составляющей напряжения, подключенный между одной из фаз распределительной сети и выводом, предназначенным для подключения к корпусу судна, блок дифференцирования, вход которого подключен к выходу блока выделения постоянной составляющей напряжения, блок определения знака производной, вход которого подключен к выходу блока дифференцирования, мультивибратор, первая и вторая логические схемы И, первые входы которых подключены к выходу мультивибратора, вторые входы подключены соответственно к первому и второму выходам блока определения знака производной, а выход соответственно к управляющим входам первого и второго управляемых ключей. Существенным недостатком описанной системы является неодинаковость погрешности оценки изоляции в первичных и вторичных цепях. Этот недостаток устранен в судовой электроэнергетической системе (аналог) по а.с. 792478 от 01.09.80, "Судовая электроэнергетическая система", которая содержит первичную и вторичную сети с подключенными к ним потребителями, соединенные между собой посредством статических преобразователей, отличающаяся тем, что она снабжена резисторами, каждый из которых подключен между одной из фаз первичной сети и одной из фаз соответствующей ему вторичной сети. Недостатком этой системы является сложность обеспечения защиты от однофазных замыканий на корпус (землю). В изолированных от корпуса сетях даже глухое замыкание одного из полюсов на землю не приводит к росту тока нагрузки. Максимальная токовая защита не срабатывает. Вопросы защиты от однофазных замыканий на корпус (землю) легко решаются в заземленных системах (прототип) постоянного тока (ГОСТ Р 50571.2-94. Электроустановки зданий. Ч. 3, Основные характеристики). В таких системах постоянного тока один из полюсов соединен с землей, и защита основывается на оценке тока между заземленным и незаземленным полюсами. Такой подход позволяет выявлять серьезные нарушения как в цепях нагрузки, так и в цепях изоляции. Однако при этом оказываются незамеченными начальные отклонения параметров изоляции от нормы. Такие отклонения выявляются в сетях, изолированных от земли, путем контроля сопротивления изоляции сети относительно земли. В заземленных сетях контроль сопротивления изоляции сети относительно земли в эксплуатационных режимах не предусмотрен. Такие системы распределения электроэнергии не приспособлены к контролю изоляции, приборы контроля отсутствуют.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение измерения сопротивления изоляции заземленной системы распределения электроэнергии постоянного тока относительно корпуса.

Для устранения перечисленных недостатков, достижения желаемого технического результата и обеспечения измерения сопротивления изоляции заземленной системы распределения электроэнергии относительно корпуса используют систему распределения электроэнергии, содержащую изолированный и заземленный полюсы питания, выключатель питания, сопротивления нагрузки и изоляции, первые входы которых через выключатель питания соединены с изолированным полюсом питания, а второй вход сопротивления изоляции соединен с заземленным полюсом питания, отличающаяся тем, что система снабжена нелинейным сопротивлением и клеммами для измерения сопротивления изоляции, подключенными к выводам нелинейного сопротивления, которое включено между землей и вторым входом сопротивления нагрузки.

Реализация предлагаемой заземленной системы распределения электроэнергии обеспечивает возможность измерения сопротивления изоляции с помощью традиционных известных устройств, например, мегомметров, позволяет в отличие от прототипа определять эквивалентное сопротивление изоляции незаземленного полюса системы относительно корпуса. Правила устройства электроустановок (1, 6, 12. Контроль изоляции. ПУЭ, изд. шестое, 1998) предписывают выполнять автоматический контроль изоляции в сетях постоянного тока с изолированными полюсами или с изолированной средней точкой. Предлагаемая система распределения электроэнергии позволяет обеспечить автоматический контроль исправности изоляции также заземленной системы распределения электроэнергии, измеряя сопротивление изоляции незаземленного полюса. Такое решение качественно изменяет возможности оценки исправности изоляции непосредственно в процессе эксплуатации заземленной системы, не выводя ее из рабочего режима.

Конструктивная простота реализации предложенной системы обусловлена использованием минимального набора только необходимых для решения поставленной задачи дополнительных элементов, введенных в схему прототипа для решения поставленной задачи - обеспечения измерения сопротивления изоляции. Современные возможности миниатюризации технических решений позволяют легко реализовать процесс автоматизации измерения сопротивления изоляции на основе применения современных приемов обработки информации и формирования схем измерения. Кроме того, для этой цели применимы известные способы, приборы измерения, устройства контроля сопротивления изоляции, разработанные для изолированных систем. Попутно, кроме выполнения основной задачи измерения сопротивления изоляции заземленной системы распределения электроэнергии, обеспечено получение ряда дополнительных технических результатов, в частности:

- расширение номенклатуры электроустановок, пригодных для их диагностирования в автоматическом режиме на основе оценки одного из важнейших параметров - сопротивления изоляции заземленных электроустановок;

- существенное повышение оперативности выявления неисправности системы до наступления ее неработоспособности;

- простота дополнительной схемы и стандартность измерения.

Расширение номенклатуры электроустановок, пригодных для диагностирования в автоматическом режиме на основе оценки одного из важнейших параметров - сопротивления изоляции заземленных электроустановок, имеет самостоятельное значение. Появляется возможность за счет существенного повышения оперативности выявления неисправности системы до наступления ее неработоспособности диагностировать изоляцию непрерывно в течение всего периода эксплуатации. Уже при начале появления тенденции к ухудшению изоляции, задолго до наступления неисправности электроустановки можно не только установить появление такой тенденции, но и определить абсолютные значения, скорость ухудшения изоляции, принять обоснованное решение о продолжении работы электроустановки или о выводе ее из режима. Такие возможности появляются для заземленных сетей постоянного тока практически впервые.

Простота предложенной схемы и стандартность измерения определяются схемой системы, приведенной ниже. В неизолированную от земли систему добавляется только один элемент - нелинейное сопротивление (например, диод), и система приобретает важнейшее качество - возможность измерять сопротивление изоляции. При этом не обязательно разрабатывать специальные способы или приборы для измерения. Можно использовать простейшие устройства контроля изоляции для сетей переменного тока или обесточенных цепей. В случае реализации для этих целей специально разработанного устройства на основе микропроцессорной техники можно одновременно и обеспечить миниатюризацию измерителя и практическую безотказность его работы, так как в этом случае измеритель можно построить без применения элементов с низкими ресурсными показателями.

Предложенная система соответствует критерию "новизна", которая определяется наличием новых конструктивных элементов и новых связей между элементами в предлагаемой системе распределения электроэнергии, содержащей изолированный и заземленный полюсы питания, выключатель питания, сопротивления нагрузки и изоляции, первые входы которых через выключатель питания соединены с изолированным полюсом питания, а второй вход сопротивления изоляции соединен с заземленным полюсом питания, отличающейся тем, что система снабжена нелинейным сопротивлением и клеммами для измерения сопротивления изоляции, подключенными к выводам нелинейного сопротивления, которое включено между землей и вторым входом сопротивления нагрузки.

Приведенные свойства не совпадают со свойствами, являющимися отличительными признаками в известных технических решениях аналогов и прототипа, и не являются суммой их свойств, что позволяет считать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

Сущность предложенной системы распределения электроэнергии представлена схемой на чертеже. Система распределения электроэнергии содержит изолированный 1 и заземленный 2 полюсы питания, выключатель питания 3, сопротивления нагрузки 4 и изоляции 5, первые входы которых через выключатель питания соединены с изолированным полюсом питания, а второй вход сопротивления изоляции соединен с заземленным полюсом питания. Система снабжена нелинейным сопротивлением 6 и клеммами 7 для измерения сопротивления изоляции, подключенными к выводам нелинейного сопротивления, которое включено между землей и вторым входом сопротивления нагрузки.

Система распределения электроэнергии работает следующим образом. При включенном положении выключателя питания 3 все сопротивления нагрузки включены на номинальное напряжение источника питания. Сопротивление нагрузки при этом много меньше величины нелинейного сопротивления. При выключенном положении выключателя питания и при снятии напряжения питания с потребителей, например на остановке электропоезда, на нелинейном сопротивлении меняется полярность напряжения, которое подается от измерителя сопротивления изоляции к клеммам 7. Величина сопротивления нелинейного сопротивления 6 возрастает на несколько порядков, что обеспечивает измерение сопротивления изоляции с высокой точностью.

Таким образом в заземленной системе распределения электроэнергии становится возможным измерение сопротивления изоляции. Можно автоматически учесть изменение параметров изоляции системы в период между текущим и предыдущими измерениями, что позволяет оценивать производную сопротивления изоляции по времени, отслеживать тенденцию изменения качеств изоляции.