07.111.1968 Belgia Opublikowano: 20.XII.1971 64181 KI. 20 k, 11 MKP B 60 m, 5/00 Wspóltwórcy wynalazku: Willy Andries, Marcel Vanderstraeten, Jacaues van Hulse Wlasciciel patentu: Ateliers de Constructions Electriaues de Charleroi Charleroi (Belgia) Przekaznik do wykrywania zwarc w sieciach trakcyjnych pradu stalego Przedmiotem wynalazku jest ulepszenie prze¬ kaznika do wykrywania zwarc w sieciach trakcyj¬ nych pradu stalego wedlug patentu glównego nr 58286.Znany z opisu patentu glównego nr 58286 prze¬ kaznik do wykrywania zwarc w sieciach trakcyj¬ nych pradu stalego zawiera dwa elektroniczne obwody przerzutników z regulowanymi progami, z których jeden reaguje na amplitude przyrostu pradu sieciowego i dostarcza sygnal wyjsciowy, w momencie, w którym amplituda tego przyrostu przekracza ustalona wartosc progowa, a drugi obwód reaguje na amplitude pochodnej pradu z sieci i posiada zwloke czasowa taka, ze sygnal wyjsciowy dostarczany jest po czasie, po którym nastepuje przekroczenie ustalonego progu przez amplitude tej pochodnej, przy czym sygnaly wyj¬ sciowe obu obwodów elektronicznych doprowadzo¬ ne sa do obwodu logicznego typu I, który podaje impuls powodujacy wlaczenie urzadzen zabezpie¬ czajacych siec, w przypadku gdy oba te sygnaly wystepuja jednoczesnie.Przekaznik ten spelnia zadanie w wiekszosci przypadków, to jest ustala on róznice miedzy pra¬ dem zwarciowym, którego wzrost jest wiekszy lub prawie rówTny 800 A i który ustala sie w czasie okolo 5 do 30 milisekund w zaleznosci od odleglo¬ sci miejsca zwarcia od stacji zasilajacej, oraz ustala róznice pomiedzy pradami wystepujacymi w czasie normalnej eksploatacji, których rzad 10 15 30 wielkosci wartosci przyrostu i czasów ustalania nie wystepuje jednoczesnie.Stwierdzono, ze rozruch elektrowozu, którego silniki polaczone sa w ukladzie szeregowo-równo- leglym, powoduje wzrost pradu w sieci rzedu 1000—1500A, przy czym ustalenie nastepuje w cia¬ gu 25—30 milisekund, co odpowiada charaktery¬ styce zwarcia. Jedyna róznica polega na tym, ze wzrost pradu odbywa sie w dwóch lub trzech stadiach, skokami w czasie trwania rozruchu.To zjawisko zostalo wykorzystane w niniejszym wynalazku, którego celem jest rozróznienie rozru¬ chu elektrowozu od zwarcia w sieci.Zgodnie z niniejszym wynalazkiem napiecie pro^ porcjonalne do wzrostu pradu w sieci przykladane jest na w-ejscie jednego obwodu elektronicznego zawierajacego przerzutnik poprzez obwód wybie¬ raka o przedluzonym czasie dzialania, który regu¬ luje wielkosc tego napiecia ustalajac go badz na poziomie nominalnym, badz tez na poziomie niz¬ szym, w zaleznosci od tego, czy dodatkowy obwód logiczny typu I dostarczy lub nie dostarczy sygna¬ lu wyjsciowego sterujacego obwodem selektywnym, przy czym oba wejscia dodatkowego obwodu lo¬ gicznego sa zasilane odpowiednio napieciem wej¬ sciowym z drugiego obwodu zawierajacego drugi przerzutnik oraz opóznionym sygnalem wyjscio¬ wym z obwodu drugiego przekaznika poprzez re¬ gulowany obwód opózniajacy.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy- 4418164181 4 kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. i — przedstawia uklad przekaznika do wykrywania zwarc wedlug glównego patentu, fig. 2 — przed¬ stawia wykresy napiecia transformatora w funkcji czasu, dla ukladu z fig. 1, fig. 3 — wykres przy¬ rostu pradu w sieci w funkcji czasu dla rozruchu elektrowozu, którego silniki polaczone sa w ukla¬ dzie szeregowo-równoleglym, fig. 4 — uklad prze¬ kaznika wedlug wynalazku, a fig. 5 — wykresy napiecia sieci w funkcji czasu w przypadku sto¬ sowania przekaznika wedlug wynalazku. Uklad przekaznika pokazany na fig. 1 sklada sie z dwóch przerzutników Bi i B2, których wejscia zasilane sa odpowiednio napieciami wtórnymi transformato¬ rów Ti i T2, ktpre dostarczaja napiec zmieniaja¬ cych sie proporcjonalnie do wzrostu pradu w sieci i do pochodnej tego pradu —-— . dt Wyjscie przerzutnika Bi polaczone jest z jednym z wejsjs obwodu lngfczriego Ii, a wyjscie przerzut¬ nika B2 polaczone jest poprzez obwód czlonu cza¬ sowego To z drugim wejsciem obwodu logicznego Ii przy czym sygnal wyjsciowy z przerzutnika B2, po przejsciu przez czlon czasowy To, który ustala czas trwania tego sygnalu jest podawany na inne wejscie obwodu logicznego Ii, którego sygnal wyj¬ sciowy uruchamia urzadzenia zabezpieczajace siec.Poniewaz przerzutniki Bi i B2 maja regulowany próg S, który jest jednakowy dla obu przerzutni¬ ków, to w przypadku kiedy napiecie z transfor¬ matorem Ti (krzywa A) przekracza ten próg S to przerzutnik Bi dostarcza napiecia wyjsciowego bi w zaleznosci od czasu trwania tego przekroczenia to jest od czasu t2 do czasu t4, natomiast w przy¬ padku kiedy napiecie z transformatora T2 prze¬ kracza równiez próg S (krzywa B) — to przerzut¬ nik B2 dostarcza napiecia wyjsciowego b2 poczaw¬ szy od czasu ti, przy którym to czasie próg S zo¬ stal przekroczony, przy czym napiecie to utrzy¬ muje sie w czasie T, okreslonym przez obwód czlonu czasowego To, dzieki czemu napiecie wyj¬ sciowe b2 zanika w czasie t3.W przypadku przedstawionym na fig. 2 oba na¬ piecia bi i b2 przylozone sa jednoczesnie do dwóch wejsc obwodu logicznego Ii w czasie pomiedzy momentem t3 i t2 wskutek czego obwód logiczny dostarcza sygnalu wyjsciowego w tym okresie czasu i decyduje o dzialaniu urzadzen zabezpie¬ czajacych siec.W przypadku rozruchu elektrowozu narastanie pradu do wartosci maksymalnej odbywa sie w kil¬ ku stadiach w czasie odpowiadajacym warunkom zwarcia, jak to pokazuje fig. 3.Uklad przekaznika wedlug niniejszego wynalaz¬ ku oprócz elementów Ti, T2, Bi, B2, T i Ii zawie¬ ra wybierak Si który moze przelaczac wejscie obwodu z przerzutnikiem Bi z odczepu Pi dla na¬ piecia nominalnego trasformatora Ti na odczep P2 dla napiecia nizszego. Wybierak Si jest sterowany opóznionym sygnalem pochodzacym z czlonu lo¬ gicznego I2 i ma tak dobrany czas opóznienia, ze odczep P2 pozostaje wlaczony przez pewien czas po zniknieciu sygnalu sterujacego.Do jednego z wejsc dodatkowego czlonu logicz¬ nego I2 doprowadzane jest napiecie wejsciowe przerzutnika B2, a do drugiego jego wejscia — sygnal pochodzacy z wyjscia obwodu czlonu cza¬ sowo To, przy czym sygnal ten jest opózniony wskutek przejscia przez czlon opózniajacy R. Do- 5 datkowy czlon logiczny I2 dostarcza sygnalu wyj¬ sciowego tylko w przypadku, kiedy dwa sygnaly wejsciowe pojawia sie w nim jednoczesnie.Na fig. 5a przedstawiono w funkcji czasu na¬ piecie proporcjonalne do wzrostu pradu A I w sie¬ ci (krzywa A), a' przykladane na wejscie przerzut¬ nika Bi z odczepu Pi poprzez wybierak Si oraz napiecie proporcjonalne do pochodnej pradu w sieci (krzywe B i B') przykladane na wejscie prze¬ rzutnika B2, które w przypadku rozruchu elektro¬ wozu posiada dwie kolejne fazy, przy czym przy¬ jeto jednakowy próg S dla przerzutników Bi i B2.Kiedy w czasie ti krzywa B osiagnie próg S, to czlon czasowy To dostarczy do jednego z wejsc czlonu logicznego Ii sygnal o czasie trwania T, co przedstawiono na rys. 5b.W przypadku przekaznika wedlug patentu glównego uruchomienie urzadzen zabezpieczaja¬ cych nastapiloby w czasie t2, kiedy to krzywa A osiagnie próg S, gdyz oba wejscia Ii sa wówczas jednoczesnie zasilane. Tymczasem sygnal doprowa¬ dzony na wejscie czlonu logicznego Ii, o czasie trwania T, pojawia sie na wejsciu dodatkowego czlonu logicznego I2 z opóznieniem Ri spowodo¬ wanym przez czlon opózniajacy R i w czasie jego trwania to jest pomiedzy czasem t'i i t'2, kiedy krzywa B' znajduje sie powyzej progu S, ponadto obydwa wejscia dodatkowego czlonu logicznego I2 sa zasilane, przy czym czlon ten dostarcza sygna¬ lu wyjsciowego, do uruchomiania wybieraka Si laczacego odczep P2 z wejsciem przerzutnika Bi.Z powodu opóznionego dzialania wybierak Si pozostaje przez pewien czas w tym polozeniu, a napiecie proporcjonalne do wzrostu pradu wzrasta wedlug krzywej przerywanej A', która z reguly nie osiaga progu S, z wyjatkiem przypadku, kiedy w tym samym czasie nastepuje gwaltowny dodat¬ kowy wzrost pradu spowodowany zwarciem, co w takiej sytuacji spowodowaloby zadzialanie urza¬ dzenia zabezpieczajacego siec. Dzieki opóznieniu R, przekroczenie progu S przez krzywa B nie ma wplywu na dodatkowy czlon logiczny I2 jedynie wplyw taki wywiera przekroczenie progu S przez krzywa B'. Umozliwia to odróznienie przypadku kiedy wzrost pradu odbywa sie jednorazowo, od przypadku kiedy wystepuja co najmniej dwa sta¬ dia tego wzrostu oraz niedopuszczenie do wylacze¬ nia w tym ostatnim przypadku.Rózne uklady przekaznika przedstawionego w przykladzie wykonania na fig. 4, moga byc wyko¬ nywane róznie. PL PL PL07/11/1968 Belgium Published: 20/12/1971 64181 KI. 20 k, 11 MKP B 60 m, 5/00 Co-inventors: Willy Andries, Marcel Vanderstraeten, Jacaues van Hulse Patent holder: Ateliers de Constructions Electriaues de Charleroi Charleroi (Belgium) Relay for detecting short circuits in direct current traction networks The subject of the invention is an improvement of the relay for detecting short circuits in direct current traction networks according to the main patent No. 58286. The relay for detecting short circuits in direct current traction networks known from the description of the main patent No. 58286 comprises two electronic trigger circuits with adjustable thresholds, one of which responds to the amplitude of the network current increase and provides an output signal when the amplitude of this increase exceeds a predetermined value. The second circuit responds to the amplitude of the derivative of the current from the network and has a time delay such that the output signal is delivered after the time after which the amplitude of this derivative exceeds the set threshold, the output signals of both electronic circuits being fed to a type I logic circuit which delivers a pulse causing the network protective devices to be switched on when both signals occur simultaneously. This relay fulfils the task in most cases, i.e. it determines the difference between the short-circuit current, the rise of which is greater than or almost equal to 800 A and which is established in a time of about 5 to 30 milliseconds depending on the distance of the fault location from the supply station, and determines the difference between the currents occurring during normal operation, the order of which is 10-15 30 The magnitude of the increment value and the settling time do not occur simultaneously. It was found that starting an electric locomotive whose motors are connected in a series-parallel configuration causes an increase in the current in the network of the order of 1000-1500 A, with settling occurring within 25-30 milliseconds, which corresponds to the characteristics of a short circuit. The only difference is that the current increases in two or three stages, in steps, during the starting process. This phenomenon has been used in the present invention, the purpose of which is to distinguish the starting of an electric locomotive from a short circuit in the network. According to the present invention, a voltage proportional to the increase in current in the network is applied to the input of one electronic circuit containing a flip-flop through a selector circuit with an extended operating time, which regulates the magnitude of this voltage, setting it either at the nominal level or at a lower level, depending on whether the additional logic circuit of type I provides or does not provide an output signal controlling the selective circuit, wherein both inputs of the additional logic circuit are supplied, respectively, with the input voltage from the second circuit containing the second flip-flop and the delayed output signal. The subject of the invention is shown in the example of the drawing, where Fig. 1 shows the relay circuit for detecting short circuits according to the main patent, Fig. 2 shows the graphs of the transformer voltage as a function of time for the circuit of Fig. 1, Fig. 3 shows the graph of the increase of the current in the network as a function of time for starting an electric locomotive whose motors are connected in a series-parallel circuit, Fig. 4 shows the relay circuit according to the invention, and Fig. 5 shows the graphs of the network voltage as a function of time in the case of using the relay according to the invention. The relay circuit shown in Fig. 1 consists of two flip-flops Bi and B2, whose inputs are supplied respectively by the secondary voltages of transformers Ti and T2, which provide voltages varying proportionally to the increase in the current in the network and to the derivative of this current —-— . dt The output of flip-flop Bi is connected to one of the inputs of the inductive circuit Ii, and the output of flip-flop B2 is connected via a timer circuit To to the second input of the logical circuit Ii, whereby the output signal from flip-flop B2, after passing through the timer To, which sets the duration of this signal, is fed to another input of the logical circuit Ii, whose output signal activates the network protection devices. Since flip-flops Bi and B2 have an adjustable threshold S, which is the same for both flip-flops, then in the case when the voltage from transformer Ti (curve A) exceeds this threshold S, flip-flop Bi supplies the output voltage Bi depending on the duration of this exceedance, i.e. from time t2 to time t4, whereas in the case when the voltage from transformer T2 also exceeds the threshold S (curve B) - then flip-flop B2 supplies the output voltage b2 starting from the time ti, at which time the threshold S has been exceeded, and this voltage is maintained for the time T, determined by the timer circuit To, thanks to which the output voltage b2 disappears at the time t3. In the case shown in Fig. 2, both voltages bi and b2 are applied simultaneously to the two inputs of the logic circuit Ii in the time between the moments t3 and t2, as a result of which the logic circuit supplies an output signal in this time period and decides about the operation of the network protection devices. In the case of starting the electric locomotive, the current increases to the maximum value in several stages in the time corresponding to the conditions short circuit, as shown in Fig. 3. The relay circuit according to the present invention, in addition to the elements Ti, T2, Bi, B2, T and Ii, comprises a selector Si which can switch the input of the circuit with a flip-flop Bi from the tap Pi for the nominal voltage of the transformer Ti to the tap P2 for a lower voltage. The selector S1 is controlled by a delayed signal coming from the logical element I2 and has a delay time selected so that the tap P2 remains on for some time after the control signal disappears. One of the inputs of the additional logical element I2 is supplied with the input voltage of the flip-flop B2, and the other input is supplied with a signal coming from the output of the circuit of the time element To, this signal being delayed due to passing through the delay element R. The additional logical element I2 provides an output signal only when two input signals appear in it simultaneously. Fig. 5a shows the voltage proportional to the increase of the current A I in the network (curve A), a' applied to the input of the flip-flop Bi as a function of time. from tap Pi via selector Si and a voltage proportional to the derivative of the current in the network (curves B and B') applied to the input of flip-flop B2, which in the case of starting the electric locomotive has two successive phases, where the same threshold S was assumed for flip-flops Bi and B2. When at time ti the curve B reaches the threshold S, the time element To will supply one of the inputs of the logical element Ii with a signal of duration T, as shown in Fig. 5b. In the case of the relay according to the main patent, the activation of the protective devices would occur at time t2, when curve A reaches the threshold S, because both inputs Ii are then simultaneously supplied. Meanwhile, the signal applied to the input of the logical element Ii, of duration T, appears at the input of the additional logical element I2 with a delay Ri caused by the delay element R, and during its duration, i.e. between times t'i and t'2, when the curve B' is above the threshold S. Moreover, both inputs of the additional logical element I2 are powered, and this element provides an output signal to actuate the selector S1 connecting the tap P2 to the input of the flip-flop Bi. Due to the delayed action, the selector S1 remains in this position for some time, and the voltage proportional to the increase in current increases according to the dashed line A', which as a rule does not reach the threshold S, except when at the same time there is a sudden additional increase current caused by a short circuit, which in such a situation would trigger the network protection device. Thanks to the delay R, exceeding the S threshold by curve B has no influence on the additional logical element I2; only exceeding the S threshold by curve B' has such an influence. This makes it possible to distinguish the case when the current increases only once from the case when at least two stages of this increase occur, and to prevent tripping in the latter case. Various relay circuits shown in the example embodiment in Fig. 4 can be implemented differently. PL PL PL