устройство для компенсации потенциала на корпусе троллейбуса

Формула изобретения

Устройство для компенсации потенциала на корпусе троллейбуса, включающее аккумуляторную батарею, соединенную с преобразователем напряжения, переменное напряжение с которого через регулятор напряжения, управляемый напряжением, получаемым с помощью делителя напряжения, подключенного между полюсами контактной цепи, подано на повышающий трансформатор, выход которого соединен с выпрямителем, выходное напряжение которого подключено отрицательным полюсом к корпусу троллейбуса и положительным полюсом - к отрицательному полюсу контактной сети, отличающееся тем, что делитель напряжения выполнен из одинаковых резисторов, между общей точкой соединения которых и корпусом троллейбуса включен второй делитель, выход которого соединен с одним из входов схемы сравнения напряжения, ко второму входу которой через третий делитель напряжения подключена аккумуляторная батарея, и выход схемы сравнения соединен с входом управления регулятора напряжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике эксплуатации троллейбусов в сетях электроснабжения с заземленным отрицательным проводом и направлено на повышение безопасности пассажиров.

Известные в настоящее время схемы сигнализации о недопустимом по величине токе утечки могут считаться одновременно и схемами защиты, так как в той или иной мере отводят ток утечки от тела человека.

Известна схема сигнализации и защиты с присоединением корпуса троллейбуса к отрицательному проводу через полупроводниковые диоды [1]. В этой схеме в случае пробоя вентилей корпус машины оказывается подключенным к проводам контактной сети через сопротивления большой величины, которые ограничивают ток через тело человека до безопасного предела.

Недостатками этой схемы, как и аналогичных других, являются следующие:

- ток, регистрируемый индикатором, в общем случае меньше действительного тока утечки;

- ток индикатора зависит от потенциала отрицательного провода, т.е. от места нахождения троллейбуса на линии;

- ток индикатора зависит от отношения сопротивлений цепей троллейбуса, включенных между положительным полюсом контактной сети и корпусом и отрицательным полюсом и корпусом;

- ток индикатора зависит от величины сопротивления изоляции шин и дорожного покрытия.

Безопасная работа устройства может быть обеспечена на участках контактной сети с потенциалом отрицательного провода, не превышающим 30 В.

Известно устройство сигнализации и защиты с компенсирующей аккумуляторной батареей [2]. В этом устройстве индикатор тока утечки включается между корпусом и отрицательным проводом через компенсирующую аккумуляторную батарею. Недостатки этой схемы те же, что и в предыдущем устройстве. Можно отметить преимущества этого устройства, которое заключается в существенно меньшем влиянии сопротивления шин и дорожного покрытия. Безопасная работа схемы может быть обеспечена на участках с потенциалом отрицательного провода, не превышающим 60 В.

Известно устройство, наиболее близкое к заявляемому устройству [3]. В схеме этого устройства индикатор тока утечки включается между корпусом и отрицательным проводом последовательно с источником постоянного тока. При этом напряжение компенсирующего источника все время поддерживается приблизительно равным потенциалу отрицательного провода относительно земли.

Анализ работы схемы устройства показывает, что при определенных допущениях и при достижении условия равенства напряжения компенсации и напряжения отрицательного провода, ток индикатора будет равен действительному току утечки. Таким образом, главной задачей при разработке схемы сигнального устройства явилось создание такого источника постоянного тока, напряжение которого автоматически изменялось бы в зависимости от изменения потенциала отрицательного провода, оставаясь приближенно равным его значению.

Теоретический анализ показывает, что зависимость потенциала отрицательного провода от напряжения в контактной сети, при практически оправданном допущении о равенстве падений напряжений в положительном и отрицательном проводах, выражается формулой:



где ₀- потенциал отрицательного провода,

u_ш - напряжение на шинах тяговой подстанции,

u_c - напряжение в контактной сети в месте нахождения троллейбуса.

Величина u_ш в течении суток изменяется, практически, в очень узком интервале значений. В этом случае представляется возможным выбрать такой регулятор напряжения компенсирующего источника, который управлялся бы напряжением u_c так, чтобы всегда удовлетворялось равенство для ₀.

Сущность известного устройства поясняется фиг.1. На фиг.1 представлена функциональная схема, где:

1 - аккумулятор,

2 - преобразователь напряжения,

3 - делитель напряжения,

4 - повышающий трансформатор,

5 - регулятор напряжения,

6 - выпрямитель,

"+" и "-" - полюсы контактной сети,

"к" - корпус троллейбуса.

Анализ работы известного устройства выявил, что:

- сигнальное устройство с компенсирующим источником постоянного тока, напряжение которого автоматически изменяется в зависимости от величины потенциала отрицательного провода относительно земли, имеет наиболее высокую чувствительность по сравнению с устройством аналогичного назначения;

- при работе устройства ток утечки через человека уменьшается в среднем на 30-50%.

Как видно из представленного анализа, недостатком наиболее близкого аналога является то, что компенсируется лишь один источник тока утечки, а именно ток утечки, вызываемый разностью потенциалов отрицательного провода и земли. При этом, если Rч << Rп, Ro, Rш, то ток утечки будет действительно мал. Здесь Rч - сопротивление тела человека, Rп - сопротивление изоляции положительных цепей, Ro - сопротивление изоляции отрицательных цепей, Rш - сопротивление шин и дорожного покрытия. При нарушении строгого выполнения этого условия ток утечки будет возрастать.

Предлагаемое устройство свободно от этого недостатка. Сущность заявленного устройства поясняется функциональной схемой, представленной на фиг. 2.

Представленная на фиг.2 схема состоит из следующих элементов:

1 - первый делитель напряжения,

2 - третий делитель напряжения,

3 - схема сравнения,

4 - второй делитель напряжения,

5 - аккумулятор,

6 - преобразователь напряжения,

7 - регулятор напряжения,

8 - повышающий трансформатор,

9 - выпрямитель,

"+" и "-" - полюсы контактной сети,

"к" - корпус троллейбуса.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Между полюсами контактной сети включен первый делитель 1. Между выходом этого делителя и корпусом троллейбуса включен второй делитель 4, выход которого присоединен к схеме сравнения 3. Ко второму выходу схемы сравнения через третий делитель напряжения 2 подключена аккумуляторная батарея 5. Аккумуляторная батарея также подключена к преобразователю напряжения 6. Переменное напряжение с выхода 6 подано на регулятор напряжения 7, ко входу управления которого подключен выход схемы сравнения 3. Выход регулятора напряжения подсоединен к входу повышающего трансформатора 8, выходная обмотка которого подключена к выпрямителю 9. Выходное напряжение выпрямителя подключено отрицательным полюсом к корпусу троллейбуса "к" и положительным полюсом - к отрицательному полюсу контактной сети.

На фиг. 2 делитель 1 выполнен таким образом, что напряжение контактной сети u_c делится в два раза. Анализ схемы показывает, что напряжение между выходом делителя 1 и корпусом троллейбуса _д может быть представлено выражением:



где u_к - напряжение между корпусом троллейбуса и землей,

u_ш - напряжение на шинах тяговой подстанции.

При условии, что u_k=0, u_д будет равно u_ш/2. Как и в рассмотренном выше прототипе, предполагается, что u_ш в течение суток изменяется в узком интервале значений. Таким образом, вырабатываемое компенсирующее напряжение должно быть таким, чтобы u_д всегда было бы равно u_ш/2. В заявленном устройстве это достигается управлением регулятора напряжения 7 напряжением с выхода схемы сравнения 3.

Для снижения уровня напряжения u_д до значений, обеспечивающих безопасность эксплуатации устройства, напряжение u_д делится с помощью делителя 4 и результирующее напряжение подано на схему сравнения, на второй вход которой подано напряжение с аккумуляторной батареи, разделенное с помощью делителя 2. Выход схемы сравнения подключен к регулятору напряжения, которое подается на повышающий трансформатор и с его выхода - на выпрямитель. Выходное напряжение выпрямителя является напряжением, компенсирующим напряжение между корпусом троллейбуса и землей.

Технический результат, достигаемый предлагаемым устройством, состоит в существенном повышении безопасности пассажиров за счет минимизации тока утечки через тело человека в моменты входа в троллейбус или выхода из него, а также в экономии средств и времени, затрачиваемых на контроль подвижного состава перед выходом на линию.

Список литературы

1. Патент, Австрия, 219691 от 12.02.1962.

2. Томлянович Д.К., Чубуков В.Н. Защита устройств электроснабжения троллейбусов, М.: Транспорт, 1980.

3. Грубер Б.И., Томлянович Д.К. Компенсационная схема сигнализации о токе утечки на троллейбусе, Труды АКХ, 1970, вып. 72, с. 85-95 - взято за прототип.