устройство для определения удаленности места короткого замыкания в тяговой сети электрифицированного транспорта (варианты)

Формула изобретения

1. Устройство для определения удаленности места короткого замыкания в тяговой сети электрифицированного транспорта, содержащее датчик тока I_A, измеряющий суммарный ток фидеров контактной сети данного плеча питания, и датчик напряжения U_A на первой подстанции, датчик тока I_B, измеряющий суммарный ток фидеров контактной сети того же плеча питания, и датчик напряжения U_B на второй подстанции, а также первый сумматор и блок регистрации, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено датчиком тока I"₁ фидера поврежденной контактной сети, датчиками фазовых углов соответственно ₁ и _A, первым многофункциональным преобразователем фазового угла и вторым сумматором на первой подстанции, датчиком фазового угла _B, вторым многофункциональным преобразователем фазового угла и третьим сумматором на второй подстанции, а также первым, вторым, третьим, четвертым и пятым многофункциональными преобразователями и функциональным преобразователем, причем выход датчика тока I"₁ присоединен к первому входу датчика фазового угла ₁, второму входу первого и третьему входу второго многофункциональных преобразователей, выход датчика тока I_A присоединен к первому входу датчика фазового угла _A, к первому входу первого многофункционального преобразователя фазового угла, четвертому входу первого, пятому входу второго, первому входу третьего и второму входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход датчика напряжения U_A присоединен ко вторым входам соответственно датчика фазового угла ₁, датчика фазового угла _A и первого многофункционального преобразователя фазового угла и к третьему входу пятого многофункционального преобразователя, выход датчика тока I_B присоединен к первым входам соответственно датчика фазового угла _B и второго многофункционального преобразователя фазового угла, к третьему входу третьего и четвертому входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход датчика напряжения U_B присоединен ко вторым входам соответственно датчика фазового угла _B и второго многофункционального преобразователя фазового угла, выход датчика фазового угла ₁ присоединен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого многофункционального преобразователя фазового угла, а выход - к третьему входу первого и четвертому входу второго многофункциональных преобразователей, выход датчика фазового угла _A присоединен к первому входу второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого многофункционального преобразователя фазового угла и четвертому входу пятого многофункционального преобразователя, а выход присоединен к пятому входу первого, шестому входу второго, второму входу третьего и третьему входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход датчика фазового угла _B присоединен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго многофункционального преобразователя фазового угла, а выход - к четвертому входу третьего и пятому входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход первого многофункционального преобразователя присоединен к первым входам соответственно второго и пятого многофункциональных преобразователей, выход второго многофункционального преобразователя подключен ко второму входу пятого многофункционального преобразователя, к шестому входу которого подключены выход третьего и первый вход четвертого, а к пятому входу - выход четвертого многофункциональных преобразователей, а выход присоединен к блоку регистрации и через функциональный преобразователь - к первому входу первого и второму входу второго многофункциональных преобразователей, при этом первый многофункциональный преобразователь фазового угла формирует выходной сигнал _A, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



второй многофункциональный преобразователь фазового угла формирует выходной сигнал _B, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



первый сумматор формирует выходной сигнал ₁, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения ₁= ₁+_A, второй сумматор формирует выходной сигнал _A, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения _A= _A+_A, третий сумматор формирует выходной сигнал _B, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения _B= _B+_B, первый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал М, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



второй многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



третий многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал I_к, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



четвертый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал _к, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



пятый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал l_к, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



где z_вс, x_вс - полное индуктивно развязанное сопротивление взаимной индуктивной связи контактных сетей смежных путей и его индуктивная составляющая на длине 1 км;

z_с - полное индуктивно развязанное сопротивление контактной сети одного пути на длине 1 км;

z_p, r_p, x_p - полное индуктивно развязанное сопротивление рельсовой цепи и его активная и индуктивная составляющие на длине 1 км;

Z_nA, Z_nB - сопротивления соответственно первой и второй подстанций;

фазовый угол (аргумент) полного сопротивления z_c-z_вс;

- коэффициент, учитывающий снижение сопротивления рельсовой цепи за счет шунтирующего влияния земли;

l_к - выходной сигнал, характеризующий расстояние от первой подстанции до места короткого замыкания.

2. Устройство для определения удаленности места короткого замыкания в тяговой сети электрифицированного транспорта, содержащее датчик тока I_A, измеряющий суммарный ток фидеров контактной сети данного плеча питания, и датчик напряжения U_A на первой подстанции, датчик тока I_B, измеряющий суммарный ток фидеров контактной сети того же плеча питания, и датчик напряжения U_B на второй подстанции, а также первый сумматор и блок регистрации, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено датчиком тока I"₁ фидера поврежденной контактной сети, датчиками фазовых углов соответственно ₁ и _A, первым многофункциональным преобразователем фазового угла и вторым сумматором на первой подстанции, датчиком фазового угла _B, вторым многофункциональным преобразователем фазового угла и третьим сумматором на второй подстанции, а также первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым многофункциональными преобразователями, функциональным преобразователем и вторым блоком регистрации, причем выход датчика тока I"₁ присоединен к первому входу датчика фазового угла ₁, второму входу первого и третьему входу второго многофункциональных преобразователей, выход датчика тока I_A присоединен к первому входу датчика фазового угла _A, к первому входу первого многофункционального преобразователя фазового угла, четвертому входу первого, пятому входу второго, первому входу третьего и второму входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход датчика напряжения U_A присоединен ко вторым входам соответственно датчика фазового угла ₁, датчика фазового угла _A и первого многофункционального преобразователя фазового угла и к третьему входу пятого многофункционального преобразователя, выход датчика тока I_B присоединен к первым входам соответственно датчика фазового угла _B и второго многофункционального преобразователя фазового угла, к третьему входу третьего и четвертому входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход датчика напряжения U_B присоединен ко вторым входам соответственно датчика фазового угла _B и второго многофункционального преобразователя фазового угла, выход датчика фазового угла _l присоединен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого многофункционального преобразователя фазового угла, а выход - к третьему входу первого и четвертому входу второго многофункциональных преобразователей, выход датчика фазового угла _A присоединен к первому входу второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого многофункционального преобразователя фазового угла и четвертому входу пятого многофункционального преобразователя, а выход присоединен к пятому входу первого, шестому входу второго, второму входу третьего и третьему входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход датчика фазового угла _B присоединен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго многофункционального преобразователя фазового угла, а выход - к четвертому входу третьего и пятому входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход первого многофункционального преобразователя присоединен к первым входам соответственно второго и пятого многофункциональных преобразователей, выход второго многофункционального преобразователя подключен ко второму входу пятого многофункционального преобразователя, к шестому входу которого подключены выход третьего и первый вход четвертого, а к пятому входу - выход четвертого многофункциональных преобразователей, а выход присоединен к первому блоку регистрации и через функциональный преобразователь - к первому входу первого и второму входу второго многофункциональных преобразователей, причем первый вход упомянутого многофункционального преобразователя подключен к выходу второго многофункционального преобразователя, второй вход подключен к выходу первого многофункционального преобразователя фазового угла, третий вход подключен к выходу датчика напряжения U_A, четвертый вход подключен к выходу третьего, а пятый вход - к выходу четвертого многофункциональных преобразователей, а его выход присоединен к седьмому входу пятого многофункционального преобразователя и ко входу второго блока регистрации, при этом первый многофункциональный преобразователь фазового угла формирует выходной сигнал _A, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



второй многофункциональный преобразователь фазового угла формирует выходной сигнал _B, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



первый сумматор формирует выходной сигнал ₁, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения ₁= ₁+_A, второй сумматор формирует выходной сигнал реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения _A= _A+_A, третий сумматор формирует выходной сигнал _B, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения _B= _B+_B, первый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал M, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



второй многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал _M, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



третий многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал I_к, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



четвертый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал _k, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



пятый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал l_k, характеризующий расстояние от первой подстанции до места короткого замыкания, реализуя вычислительный алгоритм в виде



где R_Д - сигнал, формируемый на выходе шестого многофункционального преобразователя и соответствующий сопротивлению места короткого замыкания, полученный путем реализации указанным преобразователем вычислительного алгоритма в виде выражения



где z_вс, x_вс - полное индуктивно развязанное сопротивление взаимной индуктивной связи контактных сетей смежных путей и его индуктивная составляющая на длине 1 км;

z_с - полное индуктивно развязанное сопротивление контактной сети одного пути на длине 1 км;

z_p, r_p, x_p - полное индуктивно развязанное сопротивление рельсовой цепи и его активная и индуктивная составляющие на длине 1 км;

Z_nA, Z_nB - сопротивления соответственно первой и второй подстанций;

фазовый угол (аргумент) полного сопротивления z_с-z_вс;

- коэффициент, учитывающий снижение сопротивления рельсовой цепи за счет шунтирующего влияния земли.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрифицированному на переменном токе транспорту и может использоваться в системах электроснабжения тяги для определения места короткого замыкания.

В первом варианте на смежных тяговых подстанциях установлены датчики тока и напряжения. Имеются блок регистрации, датчики фазового угла, сумматоры, преобразователи фазового угла, функциональный и пять многофункциональных преобразователей. Пятый многофункциональный преобразователь выполнен с возможностью формирования выходного сигнала, характеризующего расстояние от одной подстанции до точки короткого замыкания, реализуя соответствующий вычислительный алгоритм, в зависимости от токов и фазовых углов первой и второй подстанций, сигналов, формируемых преобразователями фазового угла, первым, вторым, третьим и четвертым многофункциональными преобразователями. В цепь обратной связи между пятым и первым, а также вторым многофункциональными преобразователями включен функциональный преобразователь, учитывающий шунтирующее влияние земли. Технический результат заключается в повышении точности определения расстояния до места короткого замыкания.

Во втором варианте установлены датчики тока и напряжения. Имеются два блока регистрации, датчики фазового угла, сумматоры, преобразователи фазового угла, функциональный и шесть многофункциональных преобразователей. Пятый многофункциональный преобразователь выполнен с возможностью формирования выходного сигнала, характеризующего расстояние от одной из подстанций до точки короткого замыкания, а шестой многофункциональный преобразователь выполнен с возможностью формирования выходного сигнала, характеризующего сопротивление места короткого замыкания, реализуя соответствующий вычислительный алгоритм в зависимости от токов, напряжений и фазовых углов первой и второй подстанций, сигналов, формируемых преобразователями фазового угла, первым, вторым, третьим и четвертым многофункциональными преобразователями. Технический результат заключается в повышении точности определения расстояния до места короткого замыкания и в оценке характера этого повреждения.

1-й вариант

Изобретение относится к электрифицированному на переменном токе транспорту и может быть использовано в системах электроснабжения тяги для определения места короткого замыкания контактной сети.

Известно устройство для определения места короткого замыкания в контактной сети железных дорог переменного тока [1]. Оно содержит датчик тока, датчик напряжения, блок деления и блок регистрации. При коротком замыкании датчик тока фиксирует ток I, датчик напряжения фиксирует напряжение U, блок деления осуществляет операцию Z=U/I, а блок регистрации фиксирует результат деления Z, по величине которого судят об удаленности места короткого замыкания.

Другие конструкции подобных устройств и принципы их работы, основанные на определении той же величины Z, описаны в [2]. Всем им присущи одинаковые недостатки, вытекающие из того, что на самом деле между величиной Z и расстоянием до места повреждения во многих случаях нет прямой зависимости. Особенно большую погрешность вносит сопротивление электрической дуги в месте короткого замыкания. По этой причине ошибка в определении расстояния до места короткого замыкания по величине Z может достичь 4 км и более, что лишает смысла применение устройства.

Более точные результаты могут быть получены при одновременных двухсторонних измерениях параметров аварийного режима со стороны двух смежных подстанций А и В. Известно устройство [3] определения места повреждения, содержащее датчик суммарного тока I_A фидеров данного плеча питания и датчик напряжения U_A на первой подстанции А, датчик суммарного тока I_B фидеров того же плеча питания и датчик напряжения U_B на второй подстанции В, а также блоки суммирования, деления и регистрации. Устройство на подстанциях фиксирует величины Z_A=U_A/I_A и Z_B=U_B/I_B. Затем оно вычисляет величину Z_A/(Z_A+Z_B) или Z_B/(Z_A+Z_B), которые фиксируются в блоке регистрации. На основании этих величин судят об удаленности места повреждения на контактной сети. Устройство [3] принято в качестве прототипа.

Свойства устройства описаны в [4]. На основании его анализа [4] следует, что зависимости Z_A/(Z_A+Z_B) и Z_B/(Z_A+Z_B) на некоторых участках нелинейно зависят от расстояния до места повреждения. Из-за этого, а также из-за влияния электрической дуги в месте короткого замыкания, погрешность устройства может достичь 2 км и более [5].

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения расстояния до места короткого замыкания в контактной сети.

Технический результат достигается тем, что устройство для определения удаленности места короткого замыкания в тяговой сети электрифицированного транспорта, содержащее датчик тока I_A, измеряющий суммарный ток фидеров контактной сети данного плеча питания, и датчик напряжения U_A на первой подстанции, датчик тока I_B, измеряющий суммарный ток фидеров контактной сети того же плеча питания, и датчик напряжения U_B на второй подстанции, а также первый сумматор и блок регистрации, дополнительно снабжено датчиком тока I"₁ фидера поврежденной контактной сети, датчиками фазовых углов соответственно ₁ и _A, первым многофункциональным преобразователем фазового угла и вторым сумматором на первой подстанции, датчиком фазового угла _B, вторым многофункциональным преобразователем фазового угла и третьим сумматором на второй подстанции, а также первым, вторым, третьим, четвертым и пятым многофункциональными преобразователями и функциональным преобразователем, причем выход датчика тока I"₁ присоединен к первому входу датчика фазового угла ₁, второму входу первого и третьему входу второго многофункциональных преобразователей, выход датчика тока I_A присоединен к первому входу датчика фазового угла _A, к первому входу первого многофункционального преобразователя фазового угла, четвертому входу первого, пятому входу второго, первому входу третьего и второму входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход датчика напряжения U_A присоединен ко вторым входам соответственно датчика фазового угла ₁, датчика фазового угла _A и первого многофункционального преобразователя фазового угла, и к третьему входу пятого многофункционального преобразователя, выход датчика тока I_B присоединен к первым входам соответственно датчиков фазового угла _B и второго многофункционального преобразователя фазового угла, к третьему входу третьего и четвертому входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход датчика напряжения U_B присоединен ко вторым входам соответственно датчика фазового угла _B и второго многофункционального преобразователя фазового угла, выход датчика фазового угла ₁ присоединен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого многофункционального преобразователя фазового угла, а выход - к третьему входу первого и четвертому входу второго многофункциональных преобразователей, выход датчика фазового угла _A присоединен к первому входу второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого многофункционального преобразователя фазового угла и четвертому входу пятого многофункционального преобразователя, а выход присоединен к пятому входу первого, шестому входу второго, второму входу третьего и третьему входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход датчика фазового угла _B присоединен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго многофункционального преобразователя фазового угла, а выход - к четвертому входу третьего и пятому входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход первого многофункционального преобразователя присоединен к первым входам соответственно второго и пятого многофункциональных преобразователей, выход второго многофункционального преобразователя подключен ко второму входу пятого многофункционального преобразователя, к шестому входу которого подключены выход третьего и первый вход четвертого, а к пятому входу - выход четвертого многофункциональных преобразователей, а выход присоединен к блоку регистрации и через функциональный преобразователь - к первому входу первого и второму входу второго многофункциональных преобразователей, при этом первый многофункциональный преобразователь фазового угла формирует выходной сигнал _A, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



второй многофункциональный преобразователь фазового угла формирует выходной сигнал _B, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



первый сумматор формирует выходной сигнал ₁, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения ₁ = ₁+_A, второй сумматор формирует выходной сигнал _A, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения _A = _A+_A, третий сумматор формирует выходной сигнал _B, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения _B = _B+_B, первый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал М, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



второй многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



третий многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал I_к, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



четвертый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал _к, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



пятый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал l_к, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



где z_вс, x_вс - полное индуктивно развязанное сопротивление взаимной индуктивной связи контактных сетей смежных путей и его индуктивная составляющая на длине 1 км;

z_с - полное индуктивно развязанное сопротивление контактной сети одного пути на длине 1 км;

z_р, r_p, x_p - полное индуктивно развязанное сопротивление рельсовой цепи и его активная и индуктивная составляющие на длине 1 км;

Z_пА, Z_пВ - сопротивления соответственно первой и второй подстанций;

фазовый угол (аргумент) полного сопротивления z_с-z_вс;

- коэффициент, учитывающий снижение сопротивления рельсовой цепи за счет шунтирующего влияния земли;

l_к - выходной сигнал, характеризующий расстояние от первой подстанции до места короткого замыкания.

Сущность изобретения поясняется схемами и векторной диаграммой, приведенными на фиг. 1, фиг. 3, фиг. 4. На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, соответствующая п. 1 формулы изобретения. Схема питания и ее схема замещения, показанные на фиг. 3, а также векторная диаграмма, изображенная на фиг. 4, служат для доказательства (обоснования) работоспособности и заявленной цели изобретения.

Структурная схема устройства (фиг. 1) содержит:

1 - датчик тока I"₁ фидера поврежденной контактной сети, установленный на первой подстанции (UA1);

2 - датчик, измеряющий суммарный ток I_A всех фидеров данного плеча питания на первой подстанции (UA2);

3 - датчик напряжения U_A на первой подстанции (UV1);

4 - датчик, измеряющий суммарный ток I_B всех фидеров того же плеча питания на второй подстанции (UA3);

5 - датчик напряжения U_B на второй подстанции (UV2);

6 - датчик фазового угла ₁ тока I"₁ на первой подстанции (U1);

7 - датчик фазового угла _A тока I_A на первой подстанции (U2);

8 - датчик фазового угла _B тока I_B второй подстанции (U3);

9, 10 - соответственно первый (UC1) и второй (UC2) многофункциональные преобразователи фазового угла;

11, 12, 13 - соответственно первый (SМ1), второй (SM2) и третий (SM3) сумматоры;

14, 15, 16, 17, 18 - соответственно первый (UC1), второй (UС2), третий (UС3), четвертый (UС4) и пятый (UC5) многофункциональные преобразователи;

19 - функциональный преобразователь (UС);

20 - первый блок регистрации (HS1).

Элементы 2, 3, 4, 5 и 20 используются в прототипе [3]. Остальные элементы и связи между ними являются новыми.

Элементы 1, 2, 3, 6 и 7 устанавливаются на первой подстанции. Элементы 4, 5 и 8 устанавливаются на второй подстанции.

Остальные элементы структурной схемы могут устанавливаться как на любой из подстанций, так и на энергодиспетчерском пункте. Передача сигналов от датчиков 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8 к остальным элементам схемы (при размещении датчиков и остальных элементов на разных территориально удаленных объектах) осуществляется обычным (известным) образом с помощью систем телемеханики (телеизмерений), например, [6]. Поскольку такая передача сигналов является известной, то в заявке или схеме фиг. 1 она специально не выделяется и не ограничивается.

Выход датчика тока 1 присоединен к первому входу датчика фазного угла 6, второму входу первого 14 и третьему входу второго 15 многофункциональных преобразователей. Выход датчика тока 2 присоединен к первому входу датчика фазового угла 7, первому входу многофункционального преобразователя фазового угла 9, четвертому входу первого 14, пятому входу второго 15, первому входу третьего 16 и второму входу четвертого 17 многофункциональных преобразователей. Выход датчика напряжения 3 присоединен ко вторым входам датчиков фазового угла 6 и 7 и к третьему входу пятого многофункционального преобразователя 18.

Выход датчика фазового угла 6 присоединен к первому входу сумматора 11, выход датчика фазового угла 7 присоединен к первому входу сумматора 12, а вторые входы сумматоров 11 и 12 подключены к выходу многофункционального преобразователя фазового угла 9, к которому подключен также четвертый вход пятого многофункционального преобразователя 18. Выход сумматора 11 подключен к третьему входу первого 14 и четвертому входу второго 15, а выход сумматора 12 подключен к пятому входу первого 14, шестому входу второго 15, второму входу третьего 16 и третьему входу четвертого 17 многофункциональных преобразователей.

Выход датчика тока 4 присоединен к первому входу датчика фазового угла 8, к первому входу многофункционального преобразователя фазового угла 10, к четвертому входу третьего 16 и пятому входу четвертого 17 многофункциональных преобразователей. Выход датчика фазы 8 присоединен к первому входу сумматора 13, ко второму входу которого подключен выход многофункционального преобразователя фазы 10. Выход сумматора 13 присоединен к четвертому входу третьего 16 и пятому входу четвертого 17 многофункциональных преобразователей.

Выход первого многофункционального преобразователя 14 присоединен к первому входу второго многофункционального преобразователя 15 и к первому входу пятого многофункционального преобразователя 18, ко второму входу которого подключен выход второго 15, к пятому входу подключен выход четвертого 17, а к шестому входу подключен выход третьего 16 многофункциональных преобразователей.

Выход пятого многофункционального преобразователя 18 подключен к блоку регистрации 20 и через функциональный преобразователь 19 - к первому входу первого 14 и второму входу второго 15 многофункциональных преобразователей.

Датчики тока 2 и 4 фиксируют соответственно на первой и второй подстанциях суммарные токи I_A и I_B фидеров контактной сети данного плеча питания. Датчик тока 1 фиксирует ток I"₁ поврежденной контактной сети на первой подстанции. Датчики напряжений 3 и 5 фиксируют напряжения U_A и U_B соответственно на первой и второй подстанциях. Датчики фазовых углов 6, 7 и 8 фиксируют фазовые углы ₁, _A, и _B соответственно между напряжением U_A и током I"₁, а также напряжением U_A и током I_A первой подстанции и напряжением U_B и током I_B второй подстанции.

Первый многофункциональный преобразователь фазового угла 9 формирует на выходе сигнал _A, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



где Z_пА - сопротивление первой подстанции.

Второй многофункциональный преобразователь фазового угла 10 формирует выходной сигнал _B, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



где Z_пВ - сопротивление второй подстанции.

Сумматоры 11, 12, и 13 формируют на выходе соответственно сигналы ₁, _A, _B, реализуя вычислительные алгоритмы в виде выражений

₁ = ₁+_A, (3)

_A = _A+_A, (4)



Первый многофункциональный преобразователь 14 формирует выходной сигнал М, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



где z_c, x_c - известное полное индуктивно развязанное сопротивление контактной сети одного пути и его индуктивная составляющая на длине 1 км;

z_вс, x_вс - известное полное индуктивно развязанное сопротивление взаимной индуктивной связи контактных сетей смежных путей и его индуктивная составляющая на длине 1 км;

z_p, r_p, x_р - известное полное индуктивно развязанное сопротивление рельсовой цепи и его активная и индуктивная составляющие на длине 1 км;

известный фазовый угол (аргумент) полного сопротивления z_c-z_вс;

- коэффициент, учитывающий снижение сопротивления рельсовой цепи за счет шунтирующего влияния земли.

Второй многофункциональный преобразователь 15 формирует выходной сигнал _M, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



Третий многофункциональный преобразователь 16 формирует выходной сигнал I_к, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



Четвертый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал _к, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



Пятый многофункциональный преобразователь 18 формирует выходной сигнал l_к, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



Функциональный преобразователь 19 формирует зависимость между удаленностью l_к короткого замыкания и коэффициентом ,, учитывающим шунтирующее влияние земли (утечку тока из рельсов в землю) на участке от первой подстанции до места короткого замыкания. На основании [7] такой функциональный преобразователь может реализовывать вычислительный алгоритм (или нелинейную зависимость) в виде выражения



где m - известная величина, зависящая от значения сопротивления контура рельсы-земля и высоты подвеса контактной сети;

- известный коэффициент распространения рельсовой цепи.

Для того, чтобы блок регистрации 18 фиксировал значение удаленности l_к с учетом действительного значения коэффициента , соответствующего именно этой величине удаленности, функциональный преобразователь 19 включен в цепь обратной связи первого 14 и второго 15 многофункциональных преобразователей.

Датчики тока 1, 2 и 4 выполняются известным образом на основе, например, измерительных трансформаторов тока. Датчики напряжения 3 и 5 выполняются известным образом на основе, например, измерительных трансформаторов напряжения. Датчики фазового угла 6, 7 и 8 выполняются известным образом на основе цифровых или аналоговых фазометров [8].

Функциональный и многофункциональные преобразователи 9, 10, 14, 15, 16, 17, 18 и 19 могут быть выполнены с применением аналоговых [9] или цифровых микросхем и микропроцессорных комплектов [10].

При возникновении в контактной сети короткого замыкания датчики тока 1, 2 и 4, датчики напряжения 3 и 5, датчики фазового угла 6, 7 и 8 фиксируют на первой и второй подстанциях параметры аварийного режима соответственно I"₁, I_A, I_B, U_A, U_B, ₁, _A, _B. Сигналы, несущие информацию о постоянных параметрах подстанций, параметрах тяговой сети и параметрах аварийного режима, поступают на соответствующие входы сумматоров, многофункциональных и функционального преобразователей, которые по заданным алгоритмам (1)-(11) определяют удаленность короткого замыкания l_к.

Достигаемый технический результат (преимущества по сравнению с прототипом) заключается в следующем:

- однозначная и прямая зависимость искомого расстояния l_к от параметров аварийного режима и постоянных параметров тяговой сети;

- отсутствие влияния сопротивления дуги на результаты определения расстояния l_к;

- отсутствие влияния утечки тока из рельсов в землю (шунтирующее влияние земли) на результаты определения l_к.

Расчеты показывают, что основная погрешность определения расстояния l_к с помощью данного изобретения вызвана тем, что напряжения U_A,xx и U_B,xx могут в реальных условиях не совпадать по фазе. Однако, как известно, угол между ними невелик и не превышает 2-3 градуса. Погрешность определения удаленности l_к при этом составляет не более 200-400 м, т.е. по крайней мере в 5-10 раз, меньше чем у прототипа.

2-й вариант

Изобретение относится к электрифицированному на переменном токе транспорту и может быть использовано в системах электроснабжения тяги для определения удаленности и сопротивления дуги (переходного сопротивления) в месте короткого замыкания.

Известно устройство для определения места короткого замыкания в контактной сети железных дорог переменного тока [1]. Оно содержит датчик тока, датчик напряжения, блок деления и блок регистрации. При коротком замыкании датчик тока фиксирует ток I, датчик напряжения фиксирует напряжение U, блок деления осуществляет операцию Z=U/I, а блок регистрации фиксирует результат деления Z, по величине которого судят об удаленности места короткого замыкания.

Другие конструкции подобных устройств и принципы их работы, основанные на определении той же величины Z, описаны в [2]. Всем им присущи одинаковые недостатки, вытекающие из того, что на самом деле между величиной Z и расстоянием до места повреждения во многих случаях нет прямой зависимости. Особенно большую погрешность вносит сопротивление электрической дуги в месте короткого замыкания. По этой причине ошибка в определении расстояния до места короткого замыкания по величине Z может достичь 4 км и более, что лишает смысла применение устройства.

Более точные результаты могут быть получены при одновременных двухсторонних измерениях параметров аварийного режима со стороны двух смежных подстанций А и В. Известно устройство [3] определения места повреждения, содержащее датчик суммарного тока I_A фидеров данного плеча питания и датчик напряжения U_A на первой подстанции А, датчик суммарного тока I_B фидеров того же плеча питания и датчик напряжения U_B на второй подстанции В, а также блоки суммирования, деления и регистрации. Устройство на подстанциях фиксирует величины Z_A=U_A/I_A и Z_B=U_B/I_B. Затем оно вычисляет величину Z_A/(Z_A+Z_B) или Z_B/(Z_A+Z_B), которые фиксируются в блоке регистрации.

На основании этих величин судят об удаленности места повреждения на контактной сети. Устройство [3] принято в качестве прототипа.

Свойства устройства описаны в [4]. На основании его анализа [4] следует, что зависимости Z_A/(Z_A+Z_B) и Z_B/(Z_A+Z_B) на некоторых участках нелинейно зависят от расстояния до места повреждения. Из-за этого, а также из-за влияния электрической дуги в месте короткого замыкания, погрешность устройства может достичь 2 км и более [5].

Ни один из аналогов не может определить сопротивление электрической дуги (переходное сопротивление) в месте короткого замыкания, что позволило бы прогнозировать характер повреждения.

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения расстояния до места короткого замыкания и определение сопротивления дуги (переходного сопротивления) в месте повреждения на контактной сети.

Технический результат достигается тем, что устройство для определения удаленности места короткого замыкания в тяговой сети электрифицированного транспорта, содержащее датчик тока I_A, измеряющий суммарный ток фидеров контактной сети данного плеча питания и датчик напряжения U_A на первой подстанции, датчик тока I_B, измеряющий суммарный ток фидеров контактной сети того же плеча питания и датчик напряжения U_B на второй подстанции, а также первый сумматор и блок регистрации, дополнительно снабжено датчиком тока I"₁фидера поврежденной контактной сети, датчиками фазовых углов соответственно ₁ и _A, первым многофункциональным преобразователем фазового угла и вторым сумматором на первой подстанции, датчиком фазового угла _B, вторым многофункциональным преобразователем фазового угла и третьим сумматором на второй подстанции, а также первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым многофункциональными преобразователями, функциональным преобразователем, и вторым блоком регистрации, причем выход датчика тока I"₁присоединен к первому входу датчика фазового угла ₁, второму входу первого и третьему входу второго многофункциональных преобразователей, выход датчика тока I_A присоединен к первому входу датчика фазового угла _A, к первому входу первого многофункционального преобразователя фазового угла, четвертому входу первого, пятому входу второго, первому входу третьего и второму входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход датчика напряжения U_A присоединен ко вторым входам соответственно датчика фазового угла ₁ датчика фазового угла _A и первого многофункционального преобразователя фазового угла, и к третьему входу пятого многофункционального преобразователя, выход датчика тока I_B присоединен к первым входам соответственно датчика фазового угла _B и второго многофункционального преобразователя фазового угла, к третьему входу третьего и четвертому входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход датчика напряжения U_B присоединен ко вторым входам

соответственно датчика фазового угла _B и второго многофункционального преобразователя фазового угла, выход датчика фазового угла ₁ присоединен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого многофункционального преобразователя фазового угла, а выход к третьему входу первого и четвертому входу второго многофункциональных преобразователей, выход датчика фазового угла _A присоединен к первому входу второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого многофункционального преобразователя фазового угла и четвертому входу пятого многофункционального преобразователя, а выход присоединен к пятому входу первого, шестому входу второго, второму входу третьего и третьему входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход датчика фазового угла _B присоединен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго многофункционального преобразователя фазового угла, а выход - к четвертому входу третьего и пятому входу четвертого многофункциональных преобразователей, выход первого многофункционального преобразователя присоединен к первым входам соответственно второго и пятого многофункциональных преобразователей, выход второго многофункционального преобразователя подключен ко второму входу пятого многофункционального преобразователя, к шестому входу которого подключены выход третьего и первый вход четвертого, а к пятому входу - выход четвертого многофункциональных преобразователей, а выход присоединен к первому блоку регистрации и через функциональный преобразователь - к первому входу первого и второму входу второго многофункциональных преобразователей, причем первый вход упомянутого многофункционального преобразователя подключен к выходу второго многофункционального преобразователя, второй вход подключен к выходу первого многофункционального преобразователя фазового угла, третий вход подключен к выходу датчика напряжения U_A, четвертый вход подключен к выходу третьего, а пятый вход - к выходу четвертого многофункциональных преобразователей, а его выход присоединен к седьмому входу пятого многофункционального преобразователя и ко входу второго блока регистрации, при этом многофункциональный преобразователь фазового угла формирует выходной сигнал _A, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



второй многофункциональный преобразователь фазового угла формирует выходной сигнал _B, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



первый сумматор формирует выходной сигнал ₁, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения ₁ = ₁+_A, второй сумматор формирует выходной сигнал _A, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения _A = _A+_A, третий сумматор формирует выходной сигнал _B, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения _B = _B+_B, первый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал М, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



второй многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал _M, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



третий многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал I_к, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



четвертый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал _к, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



пятый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал l_к, характеризующий расстояние от первой подстанции до места короткого замыкания, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



где R_д - сигнал, формируемый на выходе шестого многофункционального преобразователя и соответствующий сопротивлению места короткого замыкания, полученный путем реализации указанным преобразователем вычислительного алгоритма в виде выражения



z_вс, x_вс - полное индуктивно развязанное сопротивление взаимной индуктивной связи контактных сетей смежных путей и его индуктивная составляющая на длине 1 км;

z_с - полное индуктивно развязанное сопротивление контактной сети одного пути на длине 1 км;

z_р, r_p, x_р - полное индуктивно развязанное сопротивление рельсовой цепи и его активная и индуктивная составляющие на длине 1 км;

Z_пA, Z_пВ - сопротивления соответственно первой и второй подстанций;

фазовый угол (аргумент) полного сопротивления z_c-z_вс;

- коэффициент, учитывающий снижение сопротивления рельсовой цепи за счет шунтирующего влияния земли;

l_к - выходной сигнал, характеризующий расстояние от первой подстанции до места короткого замыкания.

Сущность изобретения поясняется схемами и векторной диаграммой, приведенными на фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4. На фиг. 2 изображена структурная схема устройства, соответствующая п. 2 формулы изобретения. Схема питания и ее схема замещения, показанные на фиг. 3, а также векторная диаграмма, изображенная на фиг. 4, служат для доказательства (обоснования) работоспособности и заявленной цели изобретения.

Структурная схема устройства (фиг. 2) содержит:

1 - датчик тока I"₁ фидера поврежденной контактной сети, установленный на первой подстанции (UA1);

2 - датчик, измеряющий суммарный ток I_A всех фидеров данного плеча питания на первой подстанции (UA2);

3 - датчик напряжения U_A на первой подстанции (UV1);

4 - датчик, измеряющий суммарный ток I_B всех фидеров того же плеча питания на второй подстанции (UA3);

5 - датчик напряжения U_B на второй подстанции (UV2);

6 - датчик фазового угла ₁ тока I"₁ на первой подстанции (U1);

7 - датчик фазового угла _A тока I_A на первой подстанции (U2);

8 - датчик фазового угла _B тока I_B на второй подстанции (U3);

9, 10 - соответственно первый (UC1) и второй (UC2) многофункциональные преобразователи фазового угла;

11, 12, 13 - соответственно первый (SM1), второй (SM2) и третий (SM3) сумматоры;

14, 15, 16, 17, 18 - соответственно первый (UС1), второй (UС2), третий (UС3), четвертый (UС4) и пятый (UС5) многофункциональные преобразователи;

19 - функциональный преобразователь (UС);

20 - первый блок регистрации (HS1);

21 - шестой многофункциональный преобразователь (UС6);

22 - второй блок регистрации (HS2).

Выход датчика тока 1 присоединен к первому входу датчика фазного угла 6, второму входу первого 14 и третьему входу второго 15 многофункциональных преобразователей. Выход датчика тока 2 присоединен к первому входу датчика фазового угла 7, первому входу многофункционального преобразователя фазового угла 9, четвертому входу первого 14, пятому входу второго 15, первому входу третьего 16 и второму входу четвертого 17 многофункциональных преобразователей. Выход датчика напряжения 3 присоединен ко вторым входам датчиков фазового угла 6 и 7 и к третьему входу пятого многофункционального преобразователя 18.

Выход датчика фазового угла 6 присоединен к первому входу сумматора 11, выход датчика фазового угла 7 присоединен к первому входу сумматора 12, а вторые входы сумматоров 11 и 12 подключены к выходу многофункционального преобразователя фазового угла 9, к которому подключен также четвертый вход пятого многофункционального преобразователя 18. Выход сумматора 11 подключен к третьему входу первого 14 и четвертому входу второго 15, а выход сумматора 12 подключен к пятому входу первого 14, шестому входу второго 15, второму входу третьего 16 и третьему входу четвертого 17 многофункциональных преобразователей.

Выход датчика тока 4 присоединен к первому входу датчика фазового угла 8, к первому входу многофункционального преобразователя фазового угла 10, к четвертому входу третьего 16 и пятому входу четвертого 17 многофункциональных преобразователей. Выход датчика фазы 8 присоединен к первому входу сумматора 13, ко второму входу которого подключен выход многофункционального преобразователя фазы 10. Выход сумматора 13 присоединен к четвертому входу третьего 16 и пятому входу четвертого 17 многофункциональных преобразователей.

Выход первого многофункционального преобразователя 14 присоединен к первому входу второго многофункционального преобразователя 15 и к первому входу пятого многофункционального преобразователя 18, ко второму входу которого подключен выход второго 15, к пятому входу подключен выход четвертого 17, а к шестому входу подключен выход третьего 16 многофункциональных преобразователей.

Выход пятого многофункционального преобразователя 18 подключен к блоку регистрации 20 и через функциональный преобразователь 19 - к первому входу первого 14 и второму входу второго 15 многофункциональных преобразователей.

Первый вход шестого многофункционального преобразователя 21 подключен к выходу второго многофункционального преобразователя 15. Второй вход шестого многофункционального преобразователя 21 присоединен к выходу первого многофункционального преобразователя фазового угла 9. Третий вход шестого многофункционального преобразователя 21 подключен к выходу датчика напряжения 3. Четвертый вход шестого многофункционального преобразователя 21 подключен к выходу третьего многофункционального преобразователя 16, а пятый вход - к выходу четвертого многофункционального преобразователя 17. Выход шестого многофункционального преобразователя 21 присоединен к седьмому входу пятого многофункционального преобразователя 18 и ко входу второго блока регистрации 22.

Датчики тока 2 и 4 фиксируют соответственно на первой и второй подстанциях суммарные токи I_A и I_B фидеров контактной сети данного плеча питания. Датчик тока 1 фиксирует ток I"₁ поврежденной контактной сети на первой подстанции. Датчики напряжений 3 и 5 фиксируют напряжения U_A и U_B соответственно на первой и второй подстанциях. Датчики фазовых углов 6, 7 и 8 фиксируют фазовые углы ₁, _A, и _B соответственно между напряжением U_A и током I"₁, а также напряжением U_A и током I_A первой подстанции и напряжением U_B и током I_B второй подстанции.

Первый многофункциональный преобразователь фазового угла 9 формирует на выходе сигнал _A, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



где Z_пА - сопротивление первой подстанции.

Второй многофункциональный преобразователь фазового угла 10 формирует выходной сигнал _B, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



где Z_пВ - сопротивление второй подстанции.

Сумматоры 11, 12, и 13 формируют на выходе соответственно сигналы ₁, _A, _B, реализуя вычислительные алгоритмы в виде выражений

₁ = ₁+_A, (3)

_A = _A+_A, (4)

_B = _B+_B. (5)

Первый многофункциональный преобразователь 14 формирует выходной сигнал М, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



где z_с, x_вс - известное полное индуктивно развязанное сопротивление контактной сети одного пути и его индуктивная составляющая на длине 1 км;

z_вс, x_вс - известное полное индуктивно развязанное сопротивление взаимной индуктивной связи контактных сетей смежных путей и его индуктивная составляющая на длине 1 км;

z_p, r_p, x_p - известное полное индуктивно развязанное сопротивление рельсовой цепи и его активная и индуктивная составляющие на длине 1 км;

известный фазовый угол (аргумент) полного сопротивления z_c-z_вс;

- коэффициент, учитывающий снижение сопротивления рельсовой цепи за счет шунтирующего влияния земли.

Второй многофункциональный преобразователь 15 формирует выходной сигнал реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



Третий многофункциональный преобразователь 16 формирует выходной сигнал I_к, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



Четвертый многофункциональный преобразователь формирует выходной сигнал _к, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



Пятый многофункциональный преобразователь 18 формирует выходной сигнал l_к, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



Шестой многофункциональный преобразователь 21 формирует выходной сигнал R_д, реализуя вычислительный алгоритм в виде выражения



Функциональный преобразователь 19 формирует зависимость между удаленностью l_к короткого замыкания и коэффициентом , учитывающим шунтирующее влияние земли (утечку тока из рельсов в землю) на участке от первой подстанции до места короткого замыкания. На основании [7] такой функциональный преобразователь может реализовывать вычислительный алгоритм (или нелинейную зависимость) в виде выражения



где m - известная величина, зависящая от значения сопротивления контура рельсы-земля и высоты подвеса контактной сети;

- известный коэффициент распространения рельсовой цепи.

Для того, чтобы блок регистрации 18 фиксировал значение удаленности l_к с учетом действительного значения коэффициента , соответствующего именно этой величине удаленности, функциональный преобразователь 19 включен в цепь обратной связи первого 14 и второго 15 многофункциональных преобразователей.

Датчики тока 1, 2 и 4 выполняются известным образом на основе, например, измерительных трансформаторов тока. Датчики напряжения 3 и 5 выполняются известным образом на основе, например, измерительных трансформаторов напряжения. Датчики фазового угла 6, 7 и 8 выполняются известным образом на основе цифровых или аналоговых фазометров [8].

Функциональный и многофункциональные преобразователи 9, 10, 14, 15, 16, 17, 18 и 19 могут быть выполнены с применением аналоговых [9] или цифровых микросхем и микропроцессорных комплектов [10].

Многофункциональный преобразователь 21 может быть выполнен с применением аналоговых [9] или цифровых микросхем и микропроцессорных комплектов [10].

При возникновении в контактной сети короткого замыкания датчики тока 1, 2 и 4, датчики напряжения 3 и 5, датчики фазового угла 6, 7 и 8 фиксируют на первой и второй подстанциях параметры аварийного режима соответственно I"₁, I_A, I_B, U_A, U_B, ₁, _A, _B. Сигналы, несущие информацию о постоянных параметрах подстанций, параметрах тяговой сети и параметрах аварийного режима, поступают на соответствующие входы сумматоров, многофункциональных и функционального преобразователей, которые по заданным алгоритмам (1)-(9) и (11), (12), (13) удаленность короткого замыкания l_к и сопротивление дуги (переходное сопротивление) R_д.

Достигаемый технический результат (преимущества по сравнению с прототипом) заключается в следующем:

- однозначная и прямая зависимость искомого расстояния l_к от параметров аварийного режима и постоянных параметров тяговой сети;

- отсутствие влияния сопротивления дуги на результаты определения расстояния l_к;

- отсутствие влияния утечки тока из рельсов в землю (шунтирующее влияние земли) на результаты определения l_к;

- возможность определения сопротивления дуги в месте короткого замыкания, что позволяет прогнозировать характер повреждения.

Обоснование aлгoритмов для 1-го и 2-го вариантов

Обоснование работоспособности и точности изобретения основано на известной индуктивно развязанной схеме замещения тяговой сети участка электрифицированной железной дороги [7]. На фиг. 3, а приведена схема питания от двух смежных подстанций А и В двухпутного участка (межподстанционной зоны) с постом секционирования ПС. Расстояние от подстанции А до точки К короткого замыкания - _к, до поста секционирования ПС - l₁. Расстояние от поста секционирования ПС до подстанции В - l₂. Устройства для определения удаленности места короткого замыкания размещаются в местах установки высоковольтных выключателей QA1, QA2, QB1, QB2. Обоснование приведено для устройства, размещенного в месте установки выключателя QA1. Для его размещения у других выключателей обоснование аналогично.

Приведенной схеме питания соответствует индуктивно развязанная схема замещения, показанная на фиг. 3б и воспроизведенная из [7].

На схеме замещения приняты обозначения:

U_A,xx, U_B,xx - напряжения холостого хода соответственно подстанций А и В;

U_A, U_B - напряжения на шинах соответственно подстанций А и В;

I_A, I_B - суммарные токи фидеров данного плеча питания соответственно подстанций А и В;

I_к - ток в дуге в месте короткого замыкания;

I"₁, I""₁ - токи поврежденной контактной сети соответственно на участках l_к и l₁-l_к;

Z_пА, Z_пВ - сопротивления соответственно подстанций А и В;

Z_pA, Z_pB - сопротивления рельсовой цепи соответственно на участках l_к и l₁+l₂-l_к, т.е. от точки К до соответствующих подстанций А и В;

Z"₁, Z"₁ - сопротивления поврежденной контактной сети соответственно на участках l_к и l₁-l_к;

Z_1q - сопротивление контактной сети другого пути на участке l₁;

Z"_вс, Z"_вс - сопротивления, учитывающие взаимное индуктивное влияние контактных сетей двух путей на участках соответственно l_к и l₁-l_к;

Z₂ - сопротивление контактной сети двух путей на участке l₂;

R_д - сопротивление электрической дуги.

В соответствии с [7] имеем:



где z_c - значение полного погонного индуктивно развязанного сопротивления контактной сети одного пути на длине 1 км;

z_вс - погонное значение индуктивно развязанного сопротивления взаимоиндукции между контактными сетями двух путей на длине 1 км;

z_p - погонное значение индуктивно развязанного сопротивления рельсовой цепи на длине 1 км;

- коэффициент, учитывающий снижение сопротивления рельсовой цепи за счет шунтирующего влияния земли.

На основании второго закона Кирхгофа имеем:



Подставив сюда выражения (14) и решив уравнение относительно l_к, получаем:



Формула (15) определяет однозначную зависимость удаленности l_к короткого замыкания от влияющих факторов. Для ее практического использования необходимо иметь сведения не только о величине напряжения U_A и токах I_A, I"₁ (и их фазовых углах), которые могут быть измерены, но и о величинах I_к (и его фазовом угле) и R_д, которые в момент внезапного короткого замыкания измерены быть не могут.

Особенностью предложенных в изобретении алгоритмов является отсчет всех векторов синусоидальных величин напряжений и токов в схеме замещения от одной оси. В качестве такой оси принимаются направления векторов напряжений холостого хода U_A,xx и U_B,xx, которые считаются совпадающими по фазе. Кроме того, используется известное положение, согласно которому полное сопротивление тяговых трансформаторов принимается равным его индуктивной составляющей (Z_пА=X_пА).

На векторной диаграмме, приведенной на фиг. 4, показаны взаимные расположения векторов Ток I_A отстает от напряжения U_A на угол _A. Ток I"₁ отстает от напряжения U_A на угол ₁. В свою очередь напряжение U_A отстает от напряжения U_A,xx на угол _A, который зависит от падения напряжения в сопротивлении подстанции. Поскольку это сопротивление носит практически чисто индуктивный характер, то вектор падения напряжения опережает вектор тока на угол 90^o. Векторная диаграмма для подстанции В имеет аналогичный вид.

На основании теорем косинусов и синусов для треугольника получаем из этих векторных диаграмм выражения (1) и (2).

Комплексная величина тока короткого замыкания, как известно равна



где I_к,а, I_к,p - соответственно активная и реактивная составляющие тока I_к.

Из векторной диаграммы (фиг. 4) следует, что фазовый угол между напряжением и током равен _A = _A+_A. Аналогично имеем величину фазового угла между напряжением и током , равным _B = _B+_B. Следовательно, имеем:

I_к,a = I_Acos_A+I_Bcos_B

I_к,р = I_Asin_A+I_Bsin_B.

Модуль тока короткого замыкания равен:



Подставив сюда выражения для I_к,а и I_к,р, получим формулу (8). Аргумент тока короткого замыкания равен:



Подставив сюда значение I_к,р и I_к из формулы (8), получим выражение (9). Обозначим:









где аргументы сопротивлений соответственно и

Используя фазовые углы измеренные от одной оси, формулу (15) представим в виде:



Знаменатель этого выражения представим в виде:



Используя для показательной функции формулу Эйлера, получим значение активной М_а и реактивной М_р составляющих величины М.

Модуль величины равен



Подставив сюда значения M_а и М_р, получим формулу (6). Аргумент величины равен:



Подставив сюда значение М_р и значение М из формулы (6), получим формулу (7).

С учетом полученных выражений формула (16) может быть теперь представлена в виде:



Поскольку расстояние l_к не имеет мнимой части по определению (оно вещественно), то в числителе выражения (17) сумма всех членов, содержащих множитель j, равна нулю, т. е.

U_Asin(_A-_M)-I_кR_дsin(_к-_M) = 0 (18)

Решая это выражение относительно сопротивления дуги, получаем формулу (13). Учитывая условие (18) и подставляя в выражение (16) формулу (13) получаем выражение (10).

Источники информации

1. Фигурнов Е.П., Самсонов Ю.Я. Устройство определения места короткого замыкания в контактной сети железных дорог переменного тока. А.с. 161410, кл. G 01 r; 21 е. 29/10; B 61 m; 20 к 20, заявл. 787278/24-7, опубл. 16.07.62, БИ 7.

2. Фигурнов Е. П. Защита электротяговых сетей переменного тока от коротких замыканий. М.: Транспорт, 1979. 160 с.

3. А.с. СССР 740555, М.кл² В 60 М 1/100. Устройство для определения места повреждения тяговой сети электрифицированной железной дороги. А.С. Бочев, В. В. Кузнецов, М.Ю. Тупченко, Е.П. Фигурнов (СССР). - 2662505/24-11; заявл. 13.09.78; опубл. 15.06.80, БИ 22

4. Бочев А.С., Кузнецов В.В., Тупченко М.Ю. Возможный способ определения места короткого замыкания в тяговой сети 2х25 кВ. - В кн.: Режимы работы, диагностика и контроль устройств электроснабжения железных дорог. Ростов н/Д, 1979. С. 43-47.

5. Тупченко М. Ю. Определение мест повреждения в электротяговых сетях 2х25 кВ с автотрансформаторами. Кандидатская диссертация. - М.: МИИТ, 1984.

6. Система телемеханики "Лисна" для электрифицированных железных дорог / Е. Е. Байкеев, Г.М. Корсаков, В.Я. Овласюк, Н.Д. Сухопрудский. Под ред. Н.Д. Сухопрудского. - М.: Транспорт, 1979. 215 с.

7. Фигурнов Е. П. Сопротивления электротяговой сети однофазного переменного тока. Электричество, 1997, 5. С. 23-29.

8. Основы метрологии и электрические измерения / Б.Я. Авдеев, Е.М. Антонюк, Е. М. Душин и др./ Под ред. Е.М. Душина. - 6-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, 1987.

9. Алексенко А. Г., Коломбет Е. А., Стародуб Г. И. Применение прецизионных аналоговых микросхем. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985.

10. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник/ С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др.; Под ред. С.В. Якубовского. - М.: Радио и связь, 1990. 496 с.