PL240737B1 - System do wykrywania obniżenia napięcia w sieci elektrycznej wysokiego napięcia stałego, system do wykrywania i sygnalizacji uszkodzenia i/lub kradzieży przewodów wysokonapięciowej sieci elektrycznej napięcia stałego zasilany przez wysokonapięciowy obniżający sterowany przekształtnik energoelektroniczny napięcie stałe- napięcie zmienne-napięcie stałe - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest system do wykrywania obniżenia napięcia w sieci elektrycznej wysokiego napięcia stałego, w szczególności w sieci trakcyjnej, zwłaszcza kolejowej, zawierający co najmniej jedną lokalną jednostkę alarmową (2) zawierającą detektor obniżenia napięcia przyłączony do napięcia reprezentującego napięcie sieci, a korzystnie bezpośrednio do przewodu zasilającego sieci, i generujący sygnał wyjściowy reprezentujący porównanie aktualnej wartości napięcia sieci z predefiniowaną wartością progową, pierwszy interfejs komunikacyjny i zasilający je układ zasilania, co najmniej jedną centralną jednostkę alarmową (4) zawierającą wyposażony w interfejs wizualizacyjny system informatyczny połączony z drugim interfejsem komunikacyjnym, przy czym sygnał wyjściowy detektora przekazywany jest do systemu informatycznego poprzez połączone ze sobą pierwszy interfejs komunikacyjny lokalnej jednostki i drugi interfejs komunikacyjny centralnej jednostki a reprezentowany przez ten sygnał stan detektora i napięcia sieci jest wizualizowany na interfejsie wizualizacyjnym, zaś układ zasilania zawiera zasilacz buforowy, którego wyjście dołączone jest do wejść zasilających detektora i wejść zasilających pierwszego interfejsu komunikacyjnego, a do którego wejścia dołączone jest wyjście wysokonapięciowego obniżającego sterowanego przekształtnika energoelektronicznego napięcie stałe - napięcie zmienne - napięcie stałe, zasilanego z monitorowanej sieci napięcia stałego. Przedmiotem wynalazku jest także wysokonapięciowy obniżający sterowany przekształtnik energoelektroniczny napięcie stałe - napięcie zmienne - napięcie stałe w szczególności do zastosowania w takim systemie. Ponadto przedmiotem wynalazku jest również system do wykrywania i sygnalizacji uszkodzenia i/lub kradzieży przewodów wysokonapięciowej sieci elektrycznej napięcia stałego zawierający system do wykrywania obniżenia napięcia według wynalazku.

Description

PL 240 737 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest system do wykrywania obniżenia napięcia w sieci elektrycznej wysokiego napięcia stałego, w szczególności w kolejowej sieci trakcyjnej zasilany przez wysokonapięciowy obniżający sterowany przekształtnik energoelektroniczny napięcie stałe - napięcie zmienne - napięcie stałe. Przedmiotem wynalazku jest ponadto system do wykrywania i sygnalizacji uszkodzenia i/lub kradzieży przewodów wysokonapięciowej sieci elektrycznej napięcia stałego zawierający taki system do wykrywania obniżenia napięcia.

Ze stanu techniki znane są detektory napięcia oparte na komparatorach zawierających układy wzmacniaczy operacyjnych przyłączane do przewodów trakcji elektrycznej w celu wykrywania spadków napięcia poniżej zadanego progu. Detektory te zasilane są z samodzielnych autonomicznych źródeł takich jak niedoładowywane akumulatory lub baterie. Jednym z zaproponowanych w stanie techniki zastosowań dla tego rodzaju detektorów jest wykrywanie kradzieży przewodów trakcji elektrycznej. Zdarzenie kradzieży jest bowiem najczęściej poprzedzone dwustronnym odcięciem fragmentu przewodu sieci od napięcia zasilającego. Jeśli do wyciętego fragmentu sieci jest przyłączony detektor obniżenia napięcia to wykryte przez niego obniżenie (zanik) napięcia można utożsamiać z próbą kradzieży i generować na jego podstawie odpowiednie sygnały alarmowe przekazywane do centrów utrzymania sieci gdzie odpowiednie służby mogą podjąć właściwe działania. Istotną wadą tego rodzaju detektorów i wyposażonych w nie systemów alarmowych jest to, że co pewien czas wymagają one aby na miejsce zainstalowania detektorów przybył monter i wymienił zużyte źródło zasilania na nowe. Wada ta nabiera istotnego znaczenia w odniesieniu do zastosowania dużej liczby takich detektorów w rozległej sieci takiej jak na przykład kolejowa sieć trakcyjna.

Celem wynalazku jest dostarczenie systemu do wykrywania spadku napięcia w wysokonapięciowej sieci elektrycznej prądu stałego zawierającego lokalne centrale alarmowe z detektorami napięcia, który cechowałby się prostą budową, wysoką niezawodnością i długotrwałością niezakłóconego zasilania a przez to i działania oraz znacznie ograniczonymi względem znanych rozwiązań czynnościami serwisowymi. Celem wynalazku jest także dostarczenie niezawodnego układu zasilania lokalnych jednostek alarmowych takiego systemu opartego na wysokonapięciowym przekształtniku energoelektronicznym.

Istotą wynalazku jest system do wykrywania obniżenia napięcia w sieci elektrycznej wysokiego napięcia stałego, w szczególności w sieci trakcyjnej, zwłaszcza kolejowej, zawierający co najmniej jedną lokalną jednostkę alarmową wykrywającą obniżenie napięcia w sieci i komunikująca ten fakt do centralnej jednostki alarmowej. Lokalna jednostka alarmowa zawiera detektor obniżenia napięcia przyłączony do napięcia reprezentującego napięcie sieci, a korzystnie bezpośrednio do przewodu zasilającego sieci, i generujący sygnał wyjściowy reprezentujący porównanie aktualnej wartości napięcia sieci z predefiniowaną wartością progową, pierwszy interfejs komunikacyjny i zasilający je układ zasilania. Natomiast centralna jednostka alarmowa zawiera wyposażony w interfejs wizualizacyjny system informatyczny połączony z drugim interfejsem komunikacyjnym. Sygnał wyjściowy detektora przekazywany jest do systemu informatycznego poprzez połączone ze sobą pierwszy interfejs komunikacyjny lokalnej jednostki i drugi interfejs komunikacyjny centralnej jednostki a reprezentowany przez ten sygnał stan detektora i napięcia sieci jest wizualizowany na interfejsie wizualizacyjnym. Układ zasilania jednostki lokalnej zawiera zasilacz buforowy, którego wyjście dołączone jest do wejść zasilających detektora i wejść zasilających pierwszego interfejsu komunikacyjnego, a do którego wejścia dołączone jest wyjście wysokonapięciowego obniżającego sterowanego przekształtnika energoelektronicznego napięcie stałe - napięcie zmienne - napięcie stałe, zasilanego z monitorowanej sieci napięcia stałego. Wysokonapięciowa sieć elektryczna napięcia stałego według wynalazku jest to sieć, w której znamionowe napięcie pomiędzy przewodem zasilającym a przewodem powrotnym wynosi co najmniej 1500 V. Szczególnym przykładem takiej sieci jest według wynalazku sieć trakcji kolejowej, której napięcie znamionowe wynosi 3300 V. Pierwszy interfejs komunikacyjny lokalnej jednostki alarmowej może być korzystnie połączony z drugim interfejsem komunikacyjnym centralnej jednostki alarmowej poprzez co najmniej jeden pierwszy interfejs komunikacyjny innej lokalnej jednostki alarmowej. Pierwsze i/lub drugie interfejsy komunikacyjne są korzystnie interfejsami komunikacji bezprzewodowej i zawierają modemy sieci telefonii komórkowej, korzystnie modemy GPRS, i/lub modemy radiowe, korzystnie modemy sieci WIFI. Lokalna jednostka alarmowa może być korzystnie wyposażona w środki alarmowe generujące lokalny sygnał alarmowy, korzystnie sygnał optyczny i/lub dźwiękowy, na podstawie sygnału wyjściowego detektora. Korzystne

PL 240 737 B1 jest wyposażenie lokalnej jednostki alarmowej w zasilaną układem zasilającym kamerę, korzystnie kamerę noktowizyjną, której wyjściowy sygnał obrazu jest doprowadzany poprzez pierwszy interfejs komunikacyjny połączony z drugim interfejsem komunikacyjnym do systemu informatycznego centralnej jednostki alarmowej. Korzystne może być ponadto aby lokalna jednostka alarmowa zawierała centralę telewizji przemysłowej połączoną z kamerą, detektorem i pierwszym interfejsem komunikacyjnym i zasilaną z układu zasilania, która to centrala rejestruje wyjściowy sygnał obrazu kamery przez zadany odcinek czasu wstecz i na podstawie sygnału wyjściowego detektora inicjuje przesyłanie zarejestrowanego nagrania i/lub bieżącego wyjściowego sygnału obrazu z kamery poprzez pierwszy interfejs komunikacyjny i drugi interfejs komunikacyjny do systemu informatycznego. System informatyczny korzystnie udostępnia wyjściowy sygnał obrazu z kamery co najmniej jednej lokalnej jednostki alarmowej na interfejsie wizualizacyjnym a korzystnie także archiwizuje ten sygnał w pamięci. Według wynalazku korzystne jest aby wszystkie elementy składowe lokalnej jednostki alarmowej były umieszczone w jednej skrzynce, która korzystnie zawiera układ ogrzewania i jest korzystnie zainstalowana na słupie monitorowanej sieci elektrycznej. Lokalne jednostki alarmowe są ponadto korzystnie wyposażone w akumulatorowy awaryjny układ zasilania. W korzystnym przykładzie realizacji systemu według wynalazku sterowany przekształtnik energoelektroniczny jednostki lokalnej zawiera: półmostek falownikowy zawierający dwie równoległe gałęzie podłączone z jednej strony do pierwszego zacisku wejściowego do przyłączenia do przewodu zasilającego monitorowanej sieci a z drugiej strony do drugiego zacisku wejściowego do przyłączenia do przewodu powrotnego monitorowanej sieci lub potencjału masy, przy czym pierwsza gałąź zawiera dwa szeregowo połączone kondensatory, a druga gałąź zawiera dwa szeregowo połączone sterowane energoelektroniczne elementy przełączające, korzystnie tranzystory IGBT, o zgodnych z punktu widzenia zacisków wejściowych przekształtnika kierunkach przewodzenia, przy czym pierwszy zacisk wyjściowy półmostka znajduje się w pierwszej gałęzi pomiędzy kondensatorami a drugi zacisk wyjściowy półmostka znajduje się w drugiej gałęzi pomiędzy elementami przełączającymi; elektroniczny układ sterujący, którego wyjścia sterujące połączone są z wejściami sterującymi elementów przełączających za pośrednictwem transformatorów obniżających napięcie, przy czym wyjścia sterujące układu sterującego przyłączone są do uzwojenia niskiego napięcia a wejścia sterujące elementów przełączających przyłączone są do uzwojenia wysokiego napięcia; układ prostownikowy, korzystnie mostek diodowy, którego zaciski wejściowe są podłączone do zacisków wyjściowych półmostka falownikowego a zaciski wyjściowe stanowią zaciski wyjściowe przekształtnika.

W przekształtniku tym korzystne jest aby wyjścia sterujące układu sterującego i wejścia sterujące elementów przełączających były przyłączone do jednoimiennych zacisków uzwojeń sprzęgających je transformatorów, przy czym przeciwne zaciski uzwojeń niskiego napięcia tych transformatorów są dołączone do przewodu powrotnego sieci lub do potencjału masy zaś przeciwne zaciski uzwojeń wysokiego napięcia tych transformatorów są dołączone do emiterów lub źródeł elementów przełączających a równolegle do uzwojeń wysokiego napięcia tych transformatorów dołączone są rezystory.

Ponadto korzystne może być aby każde wyjście sterujące elektronicznego układu sterującego było połączone z wejściami sterującymi dwóch tranzystorów, których emitery są ze sobą zwarte i połączone z uzwojeniem niskiego napięcia rzeczonego transformatora, zaś kolektor jednego z tych tranzystorów był połączony do bieguna układu zasilania a kolektor drugiego z tych tranzystorów jest połączony do przewodu powrotnego sieci lub do potencjału masy. Układ prostownikowy jest korzystnie połączony z zaciskami wyjściowymi półmostka falownikowego za pośrednictwem transformatora obniżającego. Sygnały sterujące dla elementów przełączających są korzystnie generowane przez rzeczony elektroniczny układ sterujący mają częstotliwość z zakresu od 50 do 1500 Hz, korzystnie wynoszącą w przybliżeniu 250 Hz. Moc wyjściowa rzeczonego przekształtnika zawiera się korzystnie w przedziale od 30 do 150 W. W korzystnym przykładzie realizacji systemu według wynalazku rzeczony przekształtnik zawiera pierwszy układ zabezpieczający wyłączający przekształtnik po przekroczeniu przez jego napięcie predefiniowanej wartości progowej i/lub drugi układ zabezpieczający wyłączający przekształtnik po odłączeniu drugiego zacisku wejściowego od przewodu powrotnego sieci lub od potencjału masy i/lub trzeci układ zabezpieczający wyłączający przekształtnik przy przegrzaniu elementów przełączających.

Elementem wynalazku jest wysokonapięciowy obniżający sterowany przekształtnik energoelektroniczny napięcie stałe - napięcie zmienne - napięcie stałe, w szczególności do zastosowania w systemie do wykrywania obniżenia napięcia w sieci elektrycznej wysokiego napięcia stałego, zawierający: półmostek falownikowy zawierający dwie równoległe gałęzie podłączone z jednej strony do pierwszego zacisku wejściowego do przyłączenia do przewodu zasilającego monitorowanej sieci a z drugiej strony do drugiego zacisku wejściowego do przyłączenia do przewodu powrotnego monitorowanej sieci lub

PL 240 737 B1 potencjału masy, przy czym pierwsza gałąź zawiera dwa szeregowo połączone kondensatory, a druga gałąź zawiera dwa szeregowo połączone sterowane energoelektroniczne elementy przełączające, korzystnie tranzystory IGBT, o zgodnych z punktu widzenia zacisków wejściowych przekształtnika kierunkach przewodzenia, przy czym pierwszy zacisk wyjściowy półmostka znajduje się w pierwszej gałęzi pomiędzy kondensatorami a drugi zacisk wyjściowy półmostka znajduje się w drugiej gałęzi pomiędzy elementami przełączającymi; elektroniczny układ sterujący, którego wyjścia sterujące połączone są z wejściami sterującymi elementów przełączających za pośrednictwem transformatorów obniżających napięcie, przy czym wyjścia sterujące układu sterującego przyłączone są do uzwojenia niskiego napięcia a wejścia sterujące elementów przełączających przyłączone są do uzwojenia wysokiego napięcia; - układ prostownikowy, korzystnie mostek diodowy, którego zaciski wejściowe są podłączone do zacisków wyjściowych półmostka falownikowego a zaciski wyjściowe stanowią zaciski wyjściowe przekształtnika.

Wyjścia sterujące układu sterującego i wejścia sterujące elementów przełączających przyłączone są korzystnie do jednoimiennych zacisków uzwojeń sprzęgających je transformatorów, przy czym przeciwne zaciski uzwojeń niskiego napięcia tych transformatorów są dołączone do przewodu powrotnego sieci lub do potencjału masy zaś przeciwne zaciski uzwojeń wysokiego napięcia tych transformatorów są dołączone do emiterów lub źródeł elementów przełączających a równolegle do uzwojeń wysokiego napięcia tych transformatorów dołączone są rezystory.

Każde wyjście sterujące elektronicznego układu sterującego jest korzystnie połączone z wejściami sterującymi dwóch tranzystorów, których emitery są ze sobą zwarte i połączone z uzwojeniem niskiego napięcia rzeczonego transformatora, zaś kolektor jednego z tych tranzystorów jest korzystnie połączony do bieguna układu zasilania a kolektor drugiego z tych tranzystorów jest korzystnie połączony do przewodu powrotnego sieci lub do potencjału masy.

Ponadto korzystne może być aby układ prostownikowy był połączony z zaciskami wyjściowymi półmostka falownikowego za pośrednictwem transformatora obniżającego.

Sygnały sterujące dla elementów przełączających generowane przez rzeczony elektroniczny układ sterujący mają korzystnie częstotliwość z zakresu od 50 do 1500 Hz, wyjątkowo korzystnie korzystnie wynoszącą w przybliżeniu 250 Hz, zaś moc wyjściowa rzeczonego przekształtnika zawiera się korzystnie w przedziale od 30 do 150 W.

Korzystne jest aby rzeczony przekształtnik zawierał pierwszy układ zabezpieczający wyłączający przekształtnik po przekroczeniu przez jego napięcie predefiniowanej wartości progowej i/lub drugi układ zabezpieczający wyłączający przekształtnik po odłączeniu drugiego zacisku wejściowego od przewodu powrotnego sieci lub od potencjału masy i/lub trzeci układ zabezpieczający wyłączający przekształtnik przy przegrzaniu elementów przełączających.

Istotą wynalazku jest także system do wykrywania i sygnalizacji uszkodzenia i/lub kradzieży przewodów wysokonapięciowej sieci elektrycznej napięcia stałego zawierający system do wykrywania obniżenia napięcia według wynalazku.

Rozwiązania według wynalazku umożliwiają niezawodne monitorowanie napięć w rozległych sieciach napięcia stałego. Zasilanie lokalnych jednostek z samej monitorowanej sieci z jednej strony zwiększa niezawodność ich zasilania a z drugiej strony znacznie ogranicza liczbę wizyt obsługi technicznej celem sprawdzania i/lub wymieniania elementów składowych ich systemów zasilania. Cechy te powodują, że rozwiązania według wynalazku nadają się w szczególności do monitorowania kolejowej sieci trakcyjnej pod kątem wykrywania uszkodzeń przewodów trakcyjnych i prób ich kradzieży. Zastosowany przekształtnik umożliwia pracę z małymi częstotliwościami przełączania co znacznie ogranicza straty przełączania i powoduje, że przekształtnik pracuje z wysokimi sprawnościami nawet przy bardzo małych mocach wyjściowych w stosunku do wysokich wartości napięcia zasilającego. Ponadto konstrukcja przekształtnika zapewnia, że pracuje on poprawnie w szerokim zakresie napięć wejściowych wynoszącym od 200 do 3300 V co powoduje, że jest on w szczególności odpowiedni do sieci o dużych dopuszczalnych wahaniach napięcia takich jak na przykład sieci trakcji kolejowej.

Wynalazek przedstawiono w korzystnych przykładach wykonania na rysunku, na którym odpowiednie figury przedstawiają: fig. 1 poglądowy schemat ideowy przykładu realizacji systemu według wynalazku, fig. 2 przedstawia schemat blokowy systemu z rysunku fig. 1, fig. 3 przedstawia przykład wykonania detektora napięcia według wynalazku, fig. 4 przedstawia blokowy schemat ideowy układu zasilania lokalnej jednostki alarmowej systemu według wynalazku, fig. 5 przedstawia blokowy schemat ideowy przekształtnika według wynalazku, a fig. 6 przedstawia przykład wykonania przekształtnika według wynalazku.

PL 240 737 B1

Przedstawiony na rysunku fig. 1 i fig. 2 przykład wykonania systemu 1 według wynalazku zawiera trzy wyposażone w detektory napięcia lokalne jednostki alarmowe 2a, 2b, 2c zamontowane na słupach 31 trakcyjnej sieci 3 elektrycznej napięcia stałego o napięciu znamionowym 3300 V, które są połączone komunikacją bezprzewodową z centralną jednostką alarmową 4. Lokalna jednostka alarmowa 2 ma formę skrzynki wykonanej z materiału odpornego na warunki atmosferyczne a także akty wandalizmu, w której umieszczone są opisane poniżej podukłady oraz układ ogrzewania jej wnętrza. Każda z lokalnych jednostek alarmowych 2 posiada pierwsze podłączenie 21 do przewodu zasilającego 32 monitorowanej sieci trakcyjnej 3 i drugie podłączenie 22 do przewodu powrotnego sieci, który stanowią szyny jezdne 33. Do jednostki 2b podłączona jest pierwsza kamera przemysłowa 51 wyposażona w promiennik IR zapewniający rejestrację obrazu również w ciemności. Jednostka ta jest ponadto wyposażona w zintegrowany z jej obudową optyczno-dźwiękowy sygnalizator alarmowy 61. Jednostka 2c jest z kolei wyposażona w dwie dookólne kamery sieciowe 52, które mogą być sterowane zdalnie poprzez sieć teleinformatyczną, na przykład z centralnej jednostki alarmowej 4, oraz zewnętrzny optyczno-dźwiękowy sygnalizator alarmowy 62. Wszystkie jednostki lokalne 2 są wyposażone w odpowiednie interfejsy komunikacji bezprzewodowej zawierające anteny 23 i przeznaczone do komunikacji z jednostką centralną 4. Przy czym jednostki 2a, 2b komunikują z jednostką centralną 4 bezpośrednio natomiast sygnały z jednostki 2c są przekazywane najpierw do sąsiedniej jednostki lokalnej 2b, które przekazuje je dalej do jednostki centralnej 4. Centralna jednostka alarmowa 4 odbiera sygnały przesyłane do niej od jednostek lokalnych 2 i na ich podstawie wizualizuje stany detektorów jednostek lokalnych oraz obrazy z ich kamer. Centralna jednostka alarmowa 4 może znajdować się przykładowo w centrum dyspozytorskim lub w centrali służby ochrony kolei.

Na rysunku fig. 2 przedstawiono bardziej szczegółowo budowę poszczególnych elementów systemu z rysunku fig. 1. Lokalna jednostka 2a ma najprostszą budowę i składa się z połączonego z przewodem zasilającym 32 sieci detektora 23, którego wyjście doprowadzone jest do pierwszego interfejsu komunikacyjnego 24a. Zarówno detektor 23 jak i interfejs 24a są zasilane z układu zasilania 25a czerpiącego energię z przewodu zasilającego 32 monitorowanej sieci. Jednostka 2b jest bardziej rozbudowana i dodatkowo względem jednostki 2a zawiera zasilane z układu zasilania optyczno-dźwiękowe środki alarmowe 61 i kamerę 51, której wyjście doprowadzone jest do pierwszego interfejsu komunikacyjnego 2b. Trzecia lokalna jednostka alarmowa 2c stanowi jeszcze bardziej rozwinięty przykład, w którym wyjście z kamery 52 jest doprowadzone do centrali telewizji przemysłowej 26 mającej możliwość rejestracji sygnału obrazu z kamery 52, która w tym przypadku jest kamerą sieciową. Natomiast centralna jednostka alarmowa 4 zawiera sterującą jej pracą jednostkę mikroprocesorową 41 połączoną dwukierunkową komunikacją z pamięcią 42 i blokiem urządzeń wejściowo-wyjściowych 43 zawierających między innymi drugi interfejs komunikacyjny 431 i interfejs wizualizacyjny 432. Wszystkie pierwsze interfejsy komunikacyjne 24a, 24b, 24c są połączone z drugim interfejsem komunikacyjnym 431 systemu informatycznego 4, przy czym interfejs 24c jest z nim połączony pośrednio poprzez pierwszy interfejs 24b lokalnej jednostki 2b. Ponadto kanał komunikacyjny ustanowiony pomiędzy interfejsami 431 a 24c może być dwukierunkowy i umożliwiać wysyłanie z systemu informatycznego 4 sygnałów sterujących położeniem i/lub zbliżeniem i/lub uruchomieniem promiennika IR kamery sieciowej 52.

Na rysunku fig. 3 przedstawiono przykład realizacji detektora 23 obniżenia napięcia poniżej zadanej wartości progowej. Przedstawiony układ 23 jest komparatorem napięcia opartym na wzmacniaczu operacyjnym 231. Do wejścia nieodwracającego wzmacnia 231 doprowadzone jest poprzez układ trzech rezystorów R1, R2, R3 monitorowane napięcie sieci trakcyjnej Us. Do wejścia odwracającego doprowadzone jest natomiast z układu zasilania poprzez rezystor R4 napięcie zasilania Uz. Napięcie zasilania jest bezpośrednio doprowadzone do jednego z wejść zasilających wzmacniacza 231, podczas gdy drugie wejście zasilające wzmacniacza 231 i jego wyjście odwracające są połączone z potencjałem masy układu. Drugie wyjście wzmacniacza 231 jest poprzez rezystor R5 połączone z potencjałem Uz a poprzez rezystor R6 z bazą tranzystora T1, którego kolektor poprzez rezystor R7 jest przyłączony do napięcia zasilania Uz a emiter jest połączony z potencjałem masy układu. Sygnał wyjściowy detektora 23 pobierany jest z kolektora tranzystora T1, na którym istnieje napięcie Uw wskazujące stan napięcia monitorowanej sieci.

Przedstawiony na rysunku fig. 4 układ zasilania 25 każdej z lokalnych jednostek 2 zawiera podłączony do przewodu zasilającego 32 monitorowanej sieci sterowany przekształtnik energoelektroniczny 251 zasilający z kolei zasilacz buforowy 252. Układ 25 jest dodatkowo wyposażony w akumulator awaryjny 253 na wypadek awarii przekształtnika lub zasilacza buforowego.

Claims (17)

1. PL 240 737 B1

   Strukturę przekształtnika 251 przedstawiono na rysunku fig. 5. Przekształtnik 251 jest dołączony do stałego napięcia sieciowego, które w półmostku falownikowym 2511 jest przekształcane na napięcie zmienne, które po obniżeniu na transformatorze obniżającym 2512 jest z kolei prostowane w układzie prostownikowym 2513. Półmostek falownikowy 2511 zawiera dwie równoległe gałęzie, z których jedna zawiera szeregowo sterowane elementy przełączające 2514 a druga szeregowo połączone kondensatory 2515. Gałęzie są zwarte zaciskami wejściowymi, z których pierwszy jest połączony z przewodem sieciowym 32 a drugi jest połączony z potencjałem masy natomiast zaciski wyjściowe półmostka 2511 wyprowadzone są z punktów środkowych gałęzi. Elementy przełączające 2514 są wysterowywane sygnałami sterującymi generowanymi przez elektroniczny układ sterujący 2516 zasilany z zasilacza buforowego 252 układu zasilania 25. Sygnały sterujące są doprowadzane do wejść sterujących elementów 2514 poprzez układ transformatorowy 2517 podwyższający napięcie w kierunku półmostka.

   Rysunek fig. 6 przedstawia przykład realizacji przekształtnika zobrazowanego blokowo na rysunku fig. 5. Półmostek falownikowy zawiera dwa tranzystory IGBT 2514 i dwa kondensatory 2515. Do wyjścia półmostka dołączone jest uzwojenie górnego napięcia transformatora obniżającego 2512 natomiast do uzwojenia dolnego napięcia tego transformatora dołączony jest układ prostownikowy 2513 zawierający mostek diodowy 25131, do którego zacisków wyjściowych dołączony jest wygładzający napięcie kondensator 25132. Układ prostownikowy 2513 zasila zasilacz buforowy 252. Wyjścia sterujące zasilanego zasilaczem buforowym 252 elektronicznego układu sterującego 2516 doprowadzone są do baz dwóch par tranzystorów T2 typu npn i T3 typu pnp. W każdej z tych par emitery tranzystorów T2, T3 są ze sobą zwarte i połączone z uzwojeniem niskiego napięcia transformatora 2517, przy czym drugie końce tych uzwojeń są połączone z potencjałem masy. Kolektory tranzystorów T2 są zasilane napięciem z zasilacza buforowego 252 natomiast kolektory tranzystorów T3 są zwarte do potencjału masy układu. Do uzwojeń wysokiego napięcia transformatorów 2517 dołączone są bramki sterujące tranzystorów 2514, przy czym są one dołączone do zacisków jednoimiennych względem zacisków uzwojenia niskiego napięcia, do których dołączone są emitery tranzystorów T2 i T3. Drugie końce uzwojeń wysokiego napięcia transformatorów 2517 dołączone są do źródeł tranzystorów 2514. Równolegle do uzwojeń górnego napięcia transformatorów 2517 dołączone są rezystancje R8. Zastosowany elektroniczny układ sterujący ma możliwość generowania sygnałów sterujących o częstotliwościach z przedziału od 50 do 1500 Hz, a z wyjścia prostownika przekształtnika można pobierać moc z zakresu od 30 do 150 W. Przekształtnik zawiera nie pokazane na rysunku układy zabezpieczające, które powodują automatyczne jego wyłączenie w przypadkach przekroczenia przez napięcie wyjściowe prostownika predefiniowanej wartości progowej wynoszącej 400 V, przegrzania tranzystorów oraz odcięcia gałęzi półmostka falownikowego od potencjału masy układu.

   Zastrzeżenia patentowe

   1. System do wykrywania obniżenia napięcia w sieci elektrycznej wysokiego napięcia stałego, w szczególności w sieci trakcyjnej, zwłaszcza kolejowej, zawierający - co najmniej jedną lokalną jednostkę alarmową zawierającą detektor obniżenia napięcia przyłączony do napięcia reprezentującego napięcie sieci, a korzystnie bezpośrednio do przewodu zasilającego sieci, i generujący sygnał wyjściowy reprezentujący porównanie aktualnej wartości napięcia sieci z predefiniowaną wartością progową, pierwszy interfejs komunikacyjny i zasilający je układ zasilania,

   - co najmniej jedną centralną jednostkę alarmową zawierającą wyposażony w interfejs wizualizacyjny system informatyczny połączony z drugim interfejsem komunikacyjnym, przy czym sygnał wyjściowy detektora przekazywany jest do systemu informatycznego poprzez połączone ze sobą pierwszy interfejs komunikacyjny lokalnej jednostki i drugi interfejs komunikacyjny centralnej jednostki a reprezentowany przez ten sygnał stan detektora i napięcia sieci jest wizualizowany na interfejsie wizualizacyjnym, zaś układ zasilania zawiera zasilacz buforowy, którego wyjście dołączone jest do wejść zasilających detektora i wejść zasilających pierwszego interfejsu komunikacyjnego, a do którego wejścia dołączone jest wyjście

   PL 240 737 B1 wysokonapięciowego obniżającego sterowanego przekształtnika energoelektronicznego napięcie stałe - napięcie zmienne - napięcie stałe, zasilanego z monitorowanej sieci napięcia stałego.
2. 2. System według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy interfejs komunikacyjny lokalnej jednostki alarmowej jest połączony z drugim interfejsem komunikacyjnym centralnej jednostki alarmowej poprzez co najmniej jeden pierwszy interfejs komunikacyjny innej lokalnej jednostki alarmowej.
3. 3. System według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że pierwsze i/lub drugie interfejsy komunikacyjne są interfejsami komunikacji bezprzewodowej i zawierają modemy sieci telefonii komórkowej, korzystnie modemy GPRS, i/lub modemy radiowe, korzystnie modemy sieci WIFI.
4. 4. System według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że rzeczona co najmniej jedna lokalna jednostka alarmowa zawiera środki alarmowe generujące lokalny sygnał alarmowy, korzystnie sygnał optyczny i/lub dźwiękowy, na podstawie sygnału wyjściowego detektora.
5. 5. System według zastrz. 1, znamienny tym, że rzeczona co najmniej jedna lokalna jednostka alarmowa zawiera zasilaną układem zasilającym kamerę, korzystnie kamerę noktowizyjną, której wyjściowy sygnał obrazu jest doprowadzany poprzez pierwszy interfejs komunikacyjny połączony z drugim interfejsem komunikacyjnym do systemu informatycznego centralnej jednostki alarmowej.
6. 6. System według zastrz. 1, znamienny tym, że rzeczona co najmniej jedna lokalna jednostka alarmowa zawiera centralę telewizji przemysłowej połączoną z kamerą, detektorem i pierwszym interfejsem komunikacyjnym i zasilaną z układu zasilania, która to centrala rejestruje wyjściowy sygnał obrazu kamery przez zadany odcinek czasu wstecz i na podstawie sygnału wyjściowego detektora inicjuje przesyłanie zarejestrowanego nagrania i/lub bieżącego wyjściowego sygnału obrazu z kamery poprzez pierwszy interfejs komunikacyjny i drugi interfejs komunikacyjny do systemu informatycznego.
7. 7. System według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że rzeczony system informatyczny udostępnia wyjściowy sygnał obrazu z kamery co najmniej jednej lokalnej jednostki alarmowej na interfejsie wizualizacyjnym a korzystnie także archiwizuje ten sygnał w jednostce archiwizacji obrazu.
8. 8. System według dowolnego z poprzednich zastrz., znamienny tym, że wszystkie elementy składowe rzeczonej co najmniej jednej lokalnej jednostki alarmowej są umieszczone w jednej skrzynce, która korzystnie zawiera układ ogrzewania i jest korzystnie zainstalowana na słupie monitorowanej sieci elektrycznej .
9. 9. System według dowolnego z poprzednich zastrz., znamienny tym, że zawiera akumulatorowy awaryjny układ zasilania.
10. 10. System według dowolnego z poprzednich zastrz., znamienny tym, że rzeczony sterowany przekształtnik energoelektroniczny zawiera:

    - półmostek falownikowy zawierający dwie równoległe gałęzie podłączone z jednej strony do pierwszego zacisku wejściowego do przyłączenia do przewodu zasilającego monitorowanej sieci a z drugiej strony do drugiego zacisku wejściowego do przyłączenia do przewodu powrotnego monitorowanej sieci lub potencjału masy, przy czym pierwsza gałąź zawiera dwa szeregowo połączone kondensatory, a druga gałąź zawiera dwa szeregowo połączone sterowane energoelektroniczne elementy przełączające, korzystnie tranzystory IGBT, o zgodnych z punktu widzenia zacisków wejściowych przekształtnika kierunkach przewodzenia, p rzy czym pierwszy zacisk wyjściowy półmostka znajduje się w pierwszej gałęzi pomiędzy kondensatorami a drugi zacisk wyjściowy półmostka znajduje się w drugiej gałęzi pomiędzy elementami przełączającymi;

    - elektroniczny układ sterujący, którego wyjścia sterujące połączone są z wejściami sterującymi elementów przełączających za pośrednictwem transformatorów obniżających napięcie, przy czym wyjścia sterujące układu sterującego przyłączone są do uzwojenia niskiego napięcia a wejścia sterujące elementów przełączających przyłączone są do uzwojenia wysokiego napięcia;

    - układ prostownikowy, korzystnie mostek diodowy, którego zaciski wejściowe są podłączone do zacisków wyjściowych półmostka falownikowego a zaciski wyjściowe stanowią zaciski wyjściowe przekształtnika.

    PL 240 737 B1
11. 11. System według zastrz. 10, znamienny tym, że wyjścia sterujące układu sterującego i wejścia sterujące elementów przełączających przyłączone są do jednoimiennych zacisków uzwojeń sprzęgających je transformatorów, przy czym przeciwne zaciski uzwojeń niskiego napięcia tych transformatorów są dołączone do przewodu powrotnego sieci lub do potencjału masy zaś przeciwne zaciski uzwojeń wysokiego napięcia tych transformatorów są dołączone do emiterów lub źródeł elementów przełączających a równolegle do uzwojeń wysokiego napięcia tych transformatorów dołączone są rezystory.
12. 12. System według zastrz. 10 albo 11, znamienny tym, że każde wyjście sterujące elektronicznego układu sterującego jest połączone z wejściami sterującymi dwóch tranzystorów, których emitery są ze sobą zwarte i połączone z uzwojeniem niskiego napięcia rzeczonego transformatora, zaś kolektor jednego z tych tranzystorów jest połączony do bieguna układu zasilania a kolektor drugiego z tych tranzystorów jest połączony do przewodu powrotnego sieci lub do potencjału masy.
13. 13. System według zastrz. 10 albo 11 albo 12, znamienny tym, że układ prostownikowy jest połączony z zaciskami wyjściowymi półmostka falownikowego za pośrednictwem transformatora obniżającego.
14. 14. System według dowolnego z zastrz. 11-13, znamienny tym, że sygnały sterujące dla elementów przełączających generowane przez rzeczony elektroniczny układ sterujący mają częstotliwość z zakresu od 50 do 1500 Hz, korzystnie wynoszącą w przybliżeniu 250 Hz.
15. 15. System według dowolnego z zastrz. 11-14, znamienny tym, że moc wyjściowa rzeczonego przekształtnika zawiera się w przedziale od 30 do 150 W.
16. 16. System według dowolnego z zastrz. 11-15, znamienny tym, że rzeczony przekształtnik zawiera pierwszy układ zabezpieczający wyłączający przekształtnik po przekroczeniu przez jego napięcie predefiniowanej wartości progowej i/lub drugi układ zabezpieczający wyłączający przekształtnik po odłączeniu drugiego zacisku wejściowego od przewodu powrotnego sieci lub od potencjału masy i/lub trzeci układ zabezpieczający wyłączający przekształtnik przy przegrzaniu elementów przełączających.
17. 17. System do wykrywania i sygnalizacji uszkodzenia i/lub kradzieży przewodów wysokonapięciowej sieci elektrycznej napięcia stałego zawierający system do wykrywania obniżenia napięcia zdefiniowany w dowolnym z zastrz. 1-16.