RU2161098C1

RU2161098C1 - Method and device for provision of electric safety of passengers in electric vehicles with nongrounded body

Info

Publication number: RU2161098C1
Application number: RU99120407A
Authority: RU
Inventors: А.П. Южаков
Original assignee: Научно-исследовательский институт измерительных приборов
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2000-12-27

Abstract

FIELD: transport engineering; trolley-buses; protection of passengers. SUBSTANCE: invention relates to sphere of electric shock protection of people and it is designed to provide safety of passengers and maintenance at contact with nongrounded body of vehicle. Proposed method and device provide quick acting safety system for electric vehicle passengers in two-wire DC supply systems under any operating conditions, irrespective of type of supply system (insulated system or system with one grounded pole) by providing vehicle body zero potential relative to surface of road pavement on which passenger stands at moment of touching the body. Problem is solved by forming regulated compensating voltage between negative supply input and body, polarity of voltage being defined by polarity of control signal. Body potential relative to surface of road pavement is used as control signal. Value of compensating voltage is set to provide zero potential of body relative to road pavement surface. Device used for implementing the method generates regulated different polarity compensating voltage depending on polarity and presence of control signal. Device is furnished additionally with two video pulse generators, integrator, and controlled switch unit. Regulated source of compensating voltage has pulse transformer, reservoir capacitor, limiting resistor and two controlled switches. Conductor insulated from body and provided contact with road pavement surface is used as control signal transmitter. EFFECT: provision of quick-acting electric safety system. 4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области защиты людей от поражения электрическим током и может быть использовано для непрерывного обеспечения электробезопасности пассажиров и обслуживающего персонала при прикосновении к незаземленному корпусу транспортного средства, в частности троллейбуса, в системах питания от двухпроводной сети постоянного тока. The invention relates to the field of protecting people from electric shock and can be used to continuously provide electrical safety for passengers and maintenance personnel by touching an ungrounded vehicle body, in particular a trolleybus, in power supply systems from a two-wire DC network.

Известные способы обеспечения электробезопасности, основанные на заземлении корпуса через скользящий контакт, на обработке информации о величине сопротивления изоляции или тока утечки, ненадежны, не обеспечивают необходимой точности, не универсальны с точки зрения возможности применения как в системах питания с изолированными полюсами, так и с заземленным отрицательным полюсом; не учитывают изменения сопротивления току утечки при прикосновении человека к корпусу [Томлянович Д.К., Чубуков В.И. Защита устройств электроснабжения троллейбусов", Транспорт, М., 1980]. Устройство, реализующее способ непосредственного измерения тока утечки [авт. свид. N 1507605 B 60 L 3/00, 1989] не обеспечивает непрерывности контроля. Known methods of ensuring electrical safety, based on grounding the housing through a sliding contact, on processing information about the value of insulation resistance or leakage current, are unreliable, do not provide the necessary accuracy, are not universal in terms of the possibility of use in power systems with insulated poles and with ground negative pole; do not take into account changes in the resistance to leakage current when a person touches the housing [Tomlyanovich DK, Chubukov V.I. Protection of power supply devices for trolleybuses ", Transport, M., 1980]. A device that implements a method for directly measuring the leakage current [ed. Certificate. N 1507605 B 60 L 3/00, 1989] does not provide continuous monitoring.

Устройства, реализующие известные способы и обеспечивающие непрерывность контроля, строятся на принципах косвенного измерения токов утечки или на измерении потенциала корпуса попеременной составляющей напряжения питающей сети, или на косвенном контроле тока утечки путем компенсации потенциала корпуса относительно отрицательного ввода питания. Устройства содержат датчики информации (трансформаторы, резисторы), схемы логической обработки информации, пороговые устройства, схемы сигнализации, источник регулируемого компенсирующего напряжения с соответствующими соединениями между ними [Авт. свид. N 1066852, кл. B 60 L 3/02 1984; авт.свид. 1396193, кл. H 02 H 3/16, 1988; авт. свид. N 1555691, кл. G 01 R 31/02, 1990]. Устройствам присущи те же недостатки, относящиеся к вышеописанным способам. Devices that implement known methods and ensure continuity of control are based on the principles of indirect measurement of leakage currents or on measuring the housing potential of the alternating voltage component of the supply network, or on indirect monitoring of the leakage current by compensating for the potential of the housing relative to the negative power input. The devices contain information sensors (transformers, resistors), logical data processing circuits, threshold devices, signaling circuits, an adjustable compensating voltage source with corresponding connections between them [Auth. testimonial. N 1066852, cl. B 60 L 3/02 1984; autosvid. 1396193, cl. H 02 H 3/16, 1988; author testimonial. N 1555691, cl. G 01 R 31/02, 1990]. Devices have the same disadvantages related to the above methods.

Наиболее близким к заявляемому изобретению аналогом (прототипом) способа и устройства по реализации способа является способ, реализованный в сигнализаторе, предложенном Грубером Б.И., Коровиным В.А. [Авт.свид. N 2099207, кл. B 60 L 3/02, 1997] . Способ заключается в том, что по информации, получаемой с измерителя-ограничителя тока, регулируется величина компенсирующего напряжения между корпусом и отрицательным вводом питания при заземленном полюсе, которая (величина) контролируется логическим узлом контроля, управляющим схемой сигнализации. Устройство по реализации способа содержит управляемый источник компенсирующего напряжения, логический узел контроля, блок сигнализации. Управляемый источник компенсирующего напряжения включает в себя регулирующий орган, генератор импульсов, разделительный конденсатор, выпрямитель, измерительно-усилительный узел, измеритель-ограничитель тока, формирующие контрольный сигнал и позволяющие осуществить управление, и сглаживающий фильтр с соответствующими связями между ними. В сигнализаторе создаваемое компенсирующее напряжение отрицательной полярности приближенно равно потенциалу отрицательного ввода питания. Величина компенсирующего напряжения в определенной мере зависит от тока утечки. Недостатками рассматриваемого способа и сигнализатора является то, что однополярность компенсирующего напряжения не позволяет использовать сигнализатор в двухпроводных сетях с изолированными полюсами; потенциал корпуса не контролируется, лишь предполагается близость его к нулевому значению, так как не учитывается изменение потенциала отрицательного ввода питания при приближении соседнего работающего транспортного средства, что становится особо опасным при сходе токосъемника с положительного полюса; не учитываются изменения тока утечки и потенциала корпуса при прикосновении человека к корпусу, то есть не обеспечивается электробезопасность человека при прикосновении его к корпусу транспортного средства и поверхности дорожного покрытия. Closest to the claimed invention, the analogue (prototype) of the method and device for implementing the method is the method implemented in the detector proposed by Gruber B.I., Korovin V.A. [Autosvid. N 2099207, CL B 60 L 3/02, 1997]. The method consists in the fact that according to the information received from the current limiting meter, the value of the compensating voltage between the case and the negative power input is regulated at the earthed pole, which (value) is controlled by a control logic unit that controls the signaling circuit. A device for implementing the method comprises a controlled source of compensating voltage, a logical control unit, an alarm unit. A controlled source of compensating voltage includes a regulating body, a pulse generator, an isolation capacitor, a rectifier, a measuring and amplifying unit, a current limiting meter, which form a control signal and allow control, and a smoothing filter with corresponding connections between them. In the detector, the created compensating voltage of negative polarity is approximately equal to the potential of negative power input. The amount of compensating voltage to a certain extent depends on the leakage current. The disadvantages of the considered method and the signaling device is that the unipolarity of the compensating voltage does not allow the use of the signaling device in two-wire networks with insulated poles; the potential of the hull is not controlled, it is only assumed that it is close to zero, since it does not take into account the change in the potential of negative power input when an adjacent working vehicle is approaching, which becomes especially dangerous when the current collector leaves the positive pole; changes in the leakage current and the potential of the hull when a person touches the hull are not taken into account, that is, the electrical safety of a person is not ensured when he touches the hull of the vehicle and the surface of the road surface.

Решаемой задачей предлагаемых способа и устройства является создание быстродействующей системы обеспечения электробезопасности пассажиров электротранспорта в системах питания от двухпроводной сети постоянного тока во всех условиях эксплуатации, независимо от типа питающей сети: изолированная сеть или сеть с одним заземленным полюсом. The solved problem of the proposed method and device is the creation of a high-speed electrical safety system for passengers of electric vehicles in power systems from a two-wire DC network in all operating conditions, regardless of the type of power network: an isolated network or a network with one grounded pole.

Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении изобретения является обеспечение равенства нулю (с погрешностью средств обеспечения) потенциала корпуса транспортного средства относительно поверхности дорожного покрытия, на котором находится пассажир в момент прикосновения к корпусу, независимо от причин, вызывающих появление потенциала на корпусе, и независимо от типа питающей сети. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to ensure that the potential of the vehicle body relative to the surface of the road surface on which the passenger is at the moment of touching the body is zero (with an error in the means of provision), regardless of the reasons causing the potential to appear on the body, and regardless of the type of mains supply.

Поставленная задача решается тем, что в способе, заключающемся в формировании между отрицательным вводом питания и корпусом компенсирующего напряжения, регулируемого в соответствии с управляющим сигналом, в качестве управляющего сигнала используют контрольный сигнал о потенциале корпуса относительно поверхности дорожного покрытия, а компенсирующее напряжение формируют разнополярным, в зависимости от полярности контрольного сигнала, и устанавливают такой величины, чтобы потенциал корпуса относительно поверхности дорожного покрытия равнялся нулю. The problem is solved in that in the method consisting in the formation between the negative power input and the housing of the compensating voltage, regulated in accordance with the control signal, a control signal about the potential of the housing relative to the surface of the road surface is used as the control signal, and the compensating voltage is formed in a different polarity depending on the polarity of the control signal, and set such a value that the potential of the housing relative to the surface of the road is covered I is zero.

Поставленная задача решается также тем, что в устройство, содержащее регулируемый источник компенсирующего напряжения, выход которого подключен между отрицательным вводом питания и корпусом, схему сигнализации, датчик контрольного сигнала, схему управления, согласно изобретению дополнительно введены два генератора видеоимпульсов, интегрирующее устройство, узел убавляемых ключей, при этом выход датчика контрольного сигнала через интегрирующее устройство соединен со входом сигнализации и со входом схемы управления, один выход которой соединен со входом одного из генераторов видеоимпульсов, второй выход схемы управления соединен со входом другого генератора видеоимпульсов, выходы генераторов видеоимпульсов соединены соответственно с двумя входами узла убавляемых ключей и двумя управляющими входами источника регулируемого компенсирующего напряжения, а два выхода узла управляемых ключей соединены с двумя входами регулируемого источника компенсирующего напряжения. The problem is also solved by the fact that in the device containing an adjustable source of compensating voltage, the output of which is connected between the negative power input and the housing, an alarm circuit, a control signal sensor, a control circuit, according to the invention, two video pulse generators, an integrating device, a key reduction unit are additionally introduced , while the output of the control signal sensor through an integrating device is connected to the alarm input and to the input of the control circuit, one output of which the first is connected to the input of one of the video pulse generators, the second output of the control circuit is connected to the input of another video pulse generator, the outputs of the video pulse generators are connected respectively to two inputs of the diminished key node and two control inputs of the adjustable compensating voltage source, and two outputs of the controlled key node are connected to two inputs adjustable source of compensating voltage.

Задача решается также тем, что в качестве датчика контрольного сигнала используют изолированный от корпуса проводник, обеспечивающий контакт с поверхностью дорожного покрытия. The problem is also solved by the fact that as a sensor of the control signal, a conductor isolated from the housing is used, which provides contact with the surface of the road surface.

Задача решается также тем, что регулируемый источник компенсирующего напряжения содержит импульсный трансформатор, накопительный конденсатор, ограничительный резистор, два управляемых ключа, при этом первый и второй выводы первичной обмотки импульсного трансформатора являются входами регулируемого источника компенсирующего напряжения, один вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора соединен с накопительным конденсатором и через ограничительный резистор с корпусом, второй вывод вторичной обмотки через два управляемых ключа, включенных параллельно и встречно, соединен с другим выводом накопительного конденсатора и отрицательным вводом питания. The problem is also solved by the fact that the adjustable source of compensating voltage contains a pulse transformer, a storage capacitor, a limiting resistor, two controlled keys, while the first and second terminals of the primary winding of the pulse transformer are inputs of an adjustable source of compensating voltage, one terminal of the secondary winding of the pulse transformer is connected to the storage capacitor and through a limiting resistor with a housing, the second output of the secondary winding through two controlled cells ca in parallel and oppositely connected to the other terminal of the storage capacitor and the negative power supply input.

Потенциал корпуса транспортного средства относительно земли (фиг. 1) определяется выражением

где I_у - ток утечки по цепи ввода питающей сети - корпус-земля;
R_ш - сопротивление шин транспортного средства;
r_ч - сопротивление человека;
R_пер - сопротивление между поверхностью дорожного покрытия и землей;
R₁ и R₃ - сопротивления изоляции соответственно положительного и отрицательного вводов питания;
R₁₀ и R₃₀ - сопротивления изоляции соответственно положительного и отрицательного полюсов питающей линии;
r_л - сопротивление проводов линии.The potential of the hull of the vehicle relative to the ground (Fig. 1) is determined by the expression

where I _y is the leakage current along the input circuit of the supply network - case-to-ground;
R _W - the tire resistance of the vehicle;
r _h - human resistance;
R _per - resistance between the surface of the road surface and the ground;
R ₁ and R ₃ - insulation resistance, respectively, positive and negative power inputs;
R ₁₀ and R ₃₀ - insulation resistance, respectively, positive and negative poles of the supply line;
r _l - the resistance of the wires of the line.

Первая составляющая представляет разность потенциалов между корпусом транспортного средства и поверхностью дорожного покрытия

вторая составляющая - разность потенциалов между поверхностью дорожного покрытия и землей. Электробезопасность человека определяется величиной U_к, то есть потенциалом корпуса транспортного средства относительно дорожного покрытия, на котором находится пассажир.The first component is the potential difference between the vehicle body and the road surface

the second component is the potential difference between the surface of the road surface and the ground. The electrical safety of a person is determined by the value of U _to , that is, the potential of the vehicle body relative to the road surface on which the passenger is located.

В системах питания с изолированными полосами величина тока утечки зависит от величин сопротивлений изоляции транспортного средства и линии, эквивалентного сопротивления

полярность тока утечки определяется соотношением величин сопротивлений плеч эквивалентной мостовой схемы (фиг. 2), состоящей из сопротивлений изоляции транспортного средства, питающей сети и R_э и может быть любой

Сопротивлением проводов линии r_л в этом случае можно пренебречь ввиду его малости.In insulated strip power systems, the leakage current depends on the values of the insulation resistance of the vehicle and the line, equivalent resistance

the polarity of the leakage current is determined by the ratio of the resistance values of the shoulders of the equivalent bridge circuit (Fig. 2), consisting of the insulation resistance of the vehicle, the mains and R _e and can be any

The resistance of the wires of the line r _l in this case can be neglected due to its smallness.

В системах питания с заземленным отрицательным полюсом R₃₀=0 полярность тока утечки и потенциала корпуса всегда положительна.In power systems with a grounded negative pole R ₃₀ = 0, the polarity of the leakage current and the potential of the housing is always positive.

Сигнал U_к учитывает все возможные ситуации в эксплуатации транспортного средства: изменение сопротивлений изоляции транспортного средства и линий, обрыв (сход) токосъемника с положительного полоса питания; влияние других приближающихся транспортных средств (R'_дв), выражающееся в изменении потенциала отрицательного ввода питания за счет увеличения падения напряжения на сопротивлении r_л проводов питающей линии, изменение величины эквивалентного сопротивления R_э при прикосновении человека к корпусу транспортного средства и т.д. Вид информации и применение интегрирующего устройства на выходе датчика контрольного сигнала позволяет снизить требования к качеству его контакта с поверхностью дорожного покрытия по сравнению с требованиями при заземлении корпуса транспортного средства для обеспечения электробезопасности.The signal U _k takes into account all possible situations in the operation of the vehicle: a change in the insulation resistance of the vehicle and lines, breakage (gathering) of the current collector from the positive power strip; the influence of other approaching vehicles (R ' _dv ), expressed in a change in the potential of negative power input due to an increase in the voltage drop across the resistance r _{l of the} wires of the supply line, a change in the value of the equivalent resistance R _e when a person touches the body of the vehicle, etc. The type of information and the use of an integrating device at the output of the control signal sensor makes it possible to reduce the requirements for the quality of its contact with the road surface as compared to the requirements for grounding the vehicle body to ensure electrical safety.

На фиг. 1 показана структурно-функциональная схема транспортного средства и питающей линии с отображением элементов, влияющих на электробезопасность пассажира,
где E_с - напряжение на выходных клеммах тяговой подстанции, питающей линию;
E - напряжение на вводах питания транспортного средства;
R_дв - сопротивление тягового двигателя транспортного средства;
R'_дв - сопротивление тягового двигателя соседнего приближающегося транспортного средства;
К - ключ (замыкание ключа иммитирует прикосновение пассажира к корпусу транспортного средства).In FIG. 1 shows a structural-functional diagram of a vehicle and a feed line with the display of elements that affect the electrical safety of a passenger,
where E _c is the voltage at the output terminals of the traction substation supplying the line;
E is the voltage at the vehicle power inputs;
R _dv - resistance of the traction engine of the vehicle;
R ' _dv - resistance of the traction engine of a neighboring vehicle approaching;
K - key (key closure imitates the touch of a passenger to the vehicle body).

На фиг. 2 показана эквивалентная мостовая схема,
где K_с - корпус транспортного средства.In FIG. 2 shows an equivalent bridge circuit,
where K _with - the body of the vehicle.

На фиг. 3 представлена структурно-функциональная схема устройства, реализующего заявляемый способ,
где E₀ - напряжение на выходе внешнего источника питания (аккумулятора, вспомогательного генератора);
U_к - потенциал корпуса транспортного средства относительно поверхности дорожного покрытия;
U_комп. - компенсирующее напряжение.In FIG. 3 presents a structural and functional diagram of a device that implements the inventive method,
where E ₀ is the voltage at the output of an external power source (battery, auxiliary generator);
U _to - the potential of the vehicle body relative to the surface of the road surface;
U _comp. - compensating voltage.

На фиг. 4 показан алгоритм работы схемы управления. In FIG. 4 shows the operation algorithm of the control circuit.

На фиг. 5 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства
где эпюра N 1 - эпюра изменения потенциала корпуса при отсутствии заявляемого устройства: a - на входе интегрирующего устройства 2, b - на выходе интегрирующего устройства;
эпюра N 2 - эпюра выходных импульсов генератора видеоимпульсов 4/1;
эпюра N 3 - эпюра выходных импульсов генератора видеоимпульсов 4/2;
эпюра N 4 - эпюра компенсирующего напряжения U_комп на накопительном конденсаторе 11;
эпюра N 5 - эпюра изменения потенциала корпуса U_к на выходе интегрирующего устройства 2 (при наличии заявляемого устройства).In FIG. 5 shows timing diagrams explaining the principle of operation of the device
where plot N 1 - plot of the potential change of the case in the absence of the claimed device: a - at the input of the integrating device 2, b - at the output of the integrating device;
plot N 2 - plot of the output pulses of the generator of video pulses 4/1;
plot N 3 - plot of the output pulses of the generator of video pulses 4/2;
plot N 4 - plot of the compensating voltage U _comp on the storage capacitor 11;
diagram N 5 - diagram of the change in the potential of the housing U _to the output of the integrating device 2 (in the presence of the claimed device).

Устройство для реализации способа (фиг. 8) содержит: изолированный от корпуса датчик контрольного сигнала - проводник 1, обеспечивающий контакт с поверхностью дорожного покрытия, интегрирующее устройство 2, схему управления 3, два генератора видеоимпульсов 4/1 и 4/2, регулируемый источник компенсирующего натяжения напряжения 5, узел управляемых ключей 6, схему сигнализации 7. Причем датчик 1 соединен со входом интегрирующего устройства 2, выход которого соединен со входом схемы управления 3 и пороговым устройством 8/1 схемы сигнализации 7. Два выхода схемы управления 3 соединены со входом генераторов видеоимпульсов 4/1 и 4/2; выход генератора 4/1 соединен с управляемыми ключами 9/1, 9/2 узла 6 и управляемым ключом 9/3 регулируемого источника компенсирующего напряжения 5. Один вывод первичной обмотки импульсного трансформатора 10, входящего в состав регулируемого источника компенсирующего напряжения, соединен с катодом управляемого ключа 9/1 и анодом управляемого ключа 9/5, второй вывод первичной обмотки соединен с катодом управляемого ключа 9/4 и анодом управляемого ключа 9/2 узла 6. Один выход вторичной обмотки импульсного трансформатора 10 соединен с накопительным конденсатором 11 и через ограничительный резистор 12 с корпусом транспортного средства; второй вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора 10 соединен с анодом управляемого ключа 9/6 и катодом управляемого ключа 9/3 регулируемого источника компенсирующего напряжения 5; катод управляемого ключа 9/6 и анод управляемого ключа 9/3 соединен с другим выводом накопительного конденсатора 11 и отрицательным вводом питания. Аноды ключей 9/1, 9/4 соединены с положительным полюсом внешнего источника питания E₀, катоды ключей 9/2, 9/5 соединены с отрицательным полюсом источника E₀ через датчик среднего тока 13. Датчик среднего тока 13 соединен с пороговым устройством 8/2 схемы сигнализации 7, а выводы пороговых устройств 8/2 и 8/1 соответственно со световым и звуковым устройствами узла индикации 14.A device for implementing the method (Fig. 8) comprises: a control signal sensor - a conductor 1 providing contact with the road surface, an integrating device 2, a control circuit 3, two video pulse generators 4/1 and 4/2, an adjustable compensating source voltage tension 5, the node of the controlled keys 6, the alarm circuit 7. Moreover, the sensor 1 is connected to the input of the integrating device 2, the output of which is connected to the input of the control circuit 3 and the threshold device 8/1 of the alarm circuit 7. Two outputs and the control circuit 3 are connected to the input video pulses generators 4/1 and 4/2; the output of the generator 4/1 is connected to the controlled keys 9/1, 9/2 of node 6 and the controlled key 9/3 of the adjustable source of compensating voltage 5. One terminal of the primary winding of the pulse transformer 10, which is part of the adjustable source of compensating voltage, is connected to the cathode of the controlled the key 9/1 and the anode of the managed key 9/5, the second terminal of the primary winding is connected to the cathode of the managed key 9/4 and the anode of the managed key 9/2 of node 6. One output of the secondary winding of the pulse transformer 10 is connected to the storage con ensatorom 11 and through a limiting resistor 12 to the vehicle body; the second terminal of the secondary winding of the pulse transformer 10 is connected to the anode of the controlled switch 9/6 and the cathode of the controlled switch 9/3 of the adjustable source of compensating voltage 5; the cathode of the managed key 9/6 and the anode of the managed key 9/3 are connected to another terminal of the storage capacitor 11 and a negative power input. The anodes of the keys 9/1, 9/4 are connected to the positive pole of the external power source E ₀ , the cathodes of the keys 9/2, 9/5 are connected to the negative pole of the source E ₀ through the average current sensor 13. The average current sensor 13 is connected to the threshold device 8 / 2 signaling circuits 7, and the outputs of the threshold devices 8/2 and 8/1, respectively, with the light and sound devices of the indicating unit 14.

Интегрирующие устройства, генераторы видеоимпульсов, пороговые устройства общеизвестны и широко применяются в радиотехнике [например, А.Г.Алексеенко, Е.А,Koлoмбeт, Г.И.Стародуб "Применение прецизионных аналоговых ИС" М. , Сов.радио, 1980, стр. 77-72, 138-141, 167-173]. В качестве управляемых ключей могут быть использованы транзисторы, приемно-усилительные или модуляторные лампы. Схемы сигнализации со световыми и звуковыми индикаторами применяются в аналогичных устройствах [например, авт.свид. N 2099207, кл. B 60 L 3/02, 1997], в охранных устройствах. Алгоритм работы схемы управления приведен на фиг. 4. В качестве датчика среднего тока 13 используется параллельная RC-цепь. Integrating devices, video pulse generators, threshold devices are well known and widely used in radio engineering [for example, A.G. Alekseenko, E.A., Kolombet, G.I. Starodub "Application of precision analog ICs" M., Sov.radio, 1980, p. 77-72, 138-141, 167-173]. As controlled keys, transistors, receiving-amplifying or modulating lamps can be used. Alarm circuits with light and sound indicators are used in similar devices [for example, autosvid. N 2099207, CL B 60 L 3/02, 1997], in security devices. The operation algorithm of the control circuit is shown in FIG. 4. As an average current sensor 13, a parallel RC circuit is used.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии, при потенциале корпуса относительно дорожного покрытия U_к равном нулю, на выходах генераторов импульсов 4/1, 4/2 отсутствуют сигналы, управляемые ключи 9/1 .. . 9/6 закрыты, накопительный конденсатор 11 не заряжен, компенсирующее напряжение U_комп=0. (В общем случае на накопительном конденсаторе может быть некоторый заряд (U_комп≠0), не нарушающий условия U_к=0.The device operates as follows. In the initial state, the potential of the housing relative to the road surface U equal _to zero, the pulse generators on the outputs of 4/1, 4/2 no signals driven keys 9/1 ... 9/6 are closed, the storage capacitor 11 is not charged, the compensating voltage U _comp = 0. (In the general case, there can be some charge (U _comp ≠ 0) on the storage capacitor that does not violate the conditions U _к = 0.

При воздействии возмущающих условий: нарушении изоляции транспортного средства или линии, приближении соседнего транспортного средства и т.п. увеличивается ток утечки и на корпусе появляется потенциал U_к, превышающий порог чувствительности ±ΔU_к схемы управления 3.When exposed to disturbing conditions: violation of the isolation of the vehicle or line, approaching a neighboring vehicle, etc. the leakage current increases and the potential U _k appears on the case, exceeding the sensitivity threshold ± ΔU _to control circuit 3.

При положительной полярности сигнала U_к>ΔU_к (фиг. 5, область A) включается генератор видеоимпульсов 4/2, открывая на время длительности импульса управляемые ключи 9/4, 9,5, 9/6. От внешнего источника E₀ происходит подзаряд накопительного конденсатора 11, отрицательной, относительно отрицательного ввода питания, полярности током вторичной обмотки импульсного трансформатора 10. Постоянная времени заряда накопительного конденсатора много меньше постоянной времени разряда, так как сумма сопротивлений открытых ключей 9/4, 9/5, 9/6 много меньше параллельно включенных сопротивлений закрытых ключей 9/3, 9/6, что позволяет почти полностью сохранить полученный накопительным конденсатором 11 заряд до прихода следующего импульса генератора видеоимпульсов 4/2. Генератор видеоимпульсов 4/2 формирует импульсы с максимальной частотой повторения, обеспечивая заряд накопительного конденсатора 11 до тех пор, пока величина компенсирующего напряжения U_комп на конденсаторе не установится такой, чтобы потенциал корпуса U_к был скомпенсирован до нуля с погрешностью ±ΔU_к. Величина ΔU_к определяется выбором элементов схемы управления 3; реализация ΔU_к в пределах 10-20 мВ не является сложной задачей [А.Г.Алексеенко, Е.А.Коломбет, Г.И.Стародуб "Применение прецизионных аналоговых ИС", М., Сов.радио, 1980, стр. 167-172].With a positive polarity of the signal U _k > ΔU _k (Fig. 5, region A), the 4/2 video pulse generator is turned on, opening the controlled keys 9/4, 9.5, 9/6 for the duration of the pulse. From an external source E ₀ , the storage capacitor 11 is recharged, negative, relative to the negative power input, the polarity of the secondary winding of the pulse transformer 10. The charging time constant of the storage capacitor is much less than the discharge time constant, since the sum of the open key resistances 9/4, 9/5 , 9/6 is much less than the parallel-switched resistances of the private keys 9/3, 9/6, which allows you to almost completely save the charge received by the storage capacitor 11 until the next pulse a generator videopulses 4/2. The 4/2 video pulse generator generates pulses with a maximum repetition rate, providing a charge to the storage capacitor 11 until the value of the compensating voltage U _comp on the capacitor is established so that the housing potential U _{k is} compensated to zero with an error of ± ΔU _k . The value of ΔU _k is determined by the choice of elements of the control circuit 3; the implementation of ΔU _k within 10-20 mV is not a difficult task [A.G. Alekseenko, E.A. Kolombet, G.I. Starodub "Application of precision analog ICs", M., Sov.radio, 1980, p. 167 -172].

Если возмущающие условия меняются таким образом, что потенциал корпуса U_к будет уменьшаться (фиг. 5, область A'), то полученный накопительным конденсатором 11 заряд становится источником тока утечки, но обратной полярности. Потенциал корпуса U_к меняет полярность, схема управления 3 выключает генератор видеоимпульсов 4/2 и включает генератор 4/1, который на время длительности видеоимпульса открывает ключи 9/1, 9/2, 9/3. Накопительный конденсатор 11 перезаряжается от внешнего источника E₀ импульсами тока положительной, относительно отрицательного ввода питания, полярности со вторичной обмотки импульсного трансформатора 10. Генератор видеоимпульсов 4/1 формирует видеоимпульсы до тех пор, пока компенсирующее напряжение на накопительном конденсаторе 11 не установится такой величины, чтобы потенциал корпуса U_к был скомпенсирован до нуля с погрешностью ±ΔU_к, после чего схема управления 3 выключит генератор видеоимпульсов 4/1.If the disturbing conditions change in such a way that the housing potential U _k decreases (Fig. 5, region A '), then the charge obtained by the storage capacitor 11 becomes a source of leakage current, but of reverse polarity. The potential of the case U _k changes the polarity, control circuit 3 turns off the 4/2 video pulse generator and turns on the 4/1 generator, which for the duration of the video pulse duration opens the keys 9/1, 9/2, 9/3. The storage capacitor 11 is recharged from an external source E _{0 by} current pulses of positive, relative to the negative power input, polarity from the secondary winding of the pulse transformer 10. The video pulse generator 4/1 generates video pulses until the compensating voltage on the storage capacitor 11 is established so that the housing potential U _k was compensated to zero with an error of ± ΔU _k , after which control circuit 3 will turn off the video pulse generator 4/1.

Если компенсирующее напряжение U_комп на накопительном конденсаторе 11 достигнет необходимой величины, а возмущающие условия сохраняются неизменными длительное время (фиг. 5. область Б), частота повторения видеоимпульсов уменьшается настолько, чтобы только поддержать постоянство компенсирующего напряжения U_комп и равенство нулю потенциала корпуса U_к с погрешностью ±ΔU_к.
Если в исходном состоянии возмущающие условия вызывают появление потенциала на корпусе отрицательной полярности U_к < минус ΔU_к, первым включается генератор видеоимпульсов 4/1; далее устройство работает аналогичным образом.If the compensating voltage U _comp at the storage capacitor 11 reaches the desired value, and perturbing conditions remain unchanged for a long time (FIG. 5 region D), the repetition frequency of the video pulses is reduced so that only support the constancy of the offset voltage U _comp and vanishing _{to the} casing potential U with an error of ± ΔU _k .
If in the initial state the disturbing conditions cause the appearance of a potential on the case of negative polarity U _к <minus ΔU _k , the first pulse generator 4/1 is turned on; Further, the device operates in a similar manner.

При уменьшении постоянной времени разряда накопительного конденсатора за счет уменьшения сопротивлений изоляции (фиг. 2) транспортного средства (R₁, R₃) или линии (R₁₀, R₃₀), или при прикосновении пассажира к корпусу (замыкание ключа К, фиг. 1) увеличивается количество энергии, потребляемой от внешнего источника E₀, что регистрируется датчиком среднего тока 13. При превышении средним током уровня, устанавливаемого пороговым устройством 8/2, срабатывает световое устройство узла индикации 14, информируя водителя об увеличении тока утечки. Для повышения надежности введена аварийная сигнализация: при возникновении любой опасной ситуации (пробой изоляции, отказ какого-либо элемента устройства обеспечения безопасности и т.п.) информация в виде сигнала U_к поступает на пороговое устройство 8/1 со схемой задержки. Если модуль

превышает заданный пороговый уровень в течение заданного времени (одна или несколько секунд), сигнал поступает на звуковое устройство узла индикации 14. Таким образом обеспечивается двухуровневый непрерывный контроль и исключаются ложные срабатывания, вызываемые переходными процессами.When reducing the discharge time constant of the storage capacitor by reducing the insulation resistance (Fig. 2) of the vehicle (R ₁ , R ₃ ) or line (R ₁₀ , R ₃₀ ), or when the passenger touches the housing (key K closure, Fig. 1 ) the amount of energy consumed from the external source E ₀ increases, which is detected by the average current sensor 13. When the average current exceeds the level set by the threshold device 8/2, the light device of the indicator unit 14 is activated, informing the driver about the increase in leakage current. To increase reliability, an alarm has been introduced: in the event of any dangerous situation (breakdown of insulation, failure of any element of the safety device, etc.), information in the form of a signal U _k arrives at threshold device 8/1 with a delay circuit. If the module

exceeds a predetermined threshold level for a predetermined time (one or several seconds), the signal is transmitted to the audio device of the indicating unit 14. Thus, two-level continuous monitoring is ensured and false alarms caused by transients are eliminated.

В системе питания с изолированными полюсами при R₁ или R₃₀ ---> 0, потенциал корпуса U_к ---> E; ! при R₃ или R₁₀ ---> 0, потенциал корпуса U_к ---> минус E. В системе питания с заземленным отрицательным полюсом (R₃₀=0) при всех условиях U_к ---> E.In a power supply system with insulated poles at R ₁ or R ₃₀ ---> 0, the housing potential is U _k --->E; ! at R ₃ or R ₁₀ ---> 0, the potential of the housing is U _к ---> minus E. In a power supply system with a grounded negative pole (R ₃₀ = 0) under all conditions U _to ---> E.

Для обеспечения электробезопасности пассажиров максимальная величина модуля компенсирующего напряжения на накопительном конденсаторе должна быть

где E_c - напряжение на клеммах питающей подстанции;
R_орг - величина сопротивления ограничительного резистора 12 (фиг. 3).To ensure electrical safety of passengers, the maximum value of the module of the compensating voltage at the storage capacitor should be

where E _c is the voltage at the terminals of the power substation;
R _org - the resistance value of the limiting resistor 12 (Fig. 3).

Модуль амплитуды напряжения на вторичной обмотке импульсного трансформатора 10 в режиме холостого хода должен превышать величину модуля компенсирующего напряжения

где ΔU_кл- - падение напряжения на сопротивлении открытого ключа 9/(6) или 9(3).The voltage amplitude module on the secondary winding of the pulse transformer 10 in idle mode must exceed the value of the compensating voltage module

where ΔU _CL - is the voltage drop across the resistance of the public key 9 / (6) or 9 (3).

Время установления величины компенсирующего напряжения

где C - величина емкости накопительного конденсатора 11 (фиг. 3);
F - частота следования видеоимпульсов генераторов 4/1, 4/2;
τ_и - длительность видеоимпульсов генераторов 4/1, 4/2;
I₂ - ток во вторичной обмотке импульсного трансформатора 10 при открытых ключах 9/1, 9/2, 9/3 или 9/4, 9/5, 9/6.The time to establish the value of the compensating voltage

where C is the value of the capacitance of the storage capacitor 11 (Fig. 3);
F is the repetition rate of the video pulses of the generators 4/1, 4/2;
τ _and - the duration of the video pulses of the generators 4/1, 4/2;
I ₂ - current in the secondary winding of a pulse transformer 10 with open keys 9/1, 9/2, 9/3 or 9/4, 9/5, 9/6.

Максимальную частоту следования видеоимпульсов F генераторов 4/1, 4/2 устанавливают на уровне нескольких килогерц, что позволяет сократить время установления необходимой величины компенсирующего напряжения и скомпенсировать постоянную и переменную составляющие напряжения питающей сети. The maximum repetition rate of the video pulses F of the generators 4/1, 4/2 is set at a few kilohertz, which reduces the time required to establish the necessary value of the compensating voltage and compensates for the constant and alternating components of the supply voltage.

Claims

1. The way to ensure electrical safety of passengers of electric vehicles with an ungrounded case in the power supply systems from a two-wire DC network with a grounded or isolated negative pole, which consists in the formation between the negative power input and the vehicle body of a compensating voltage regulated in accordance with the control signal, characterized in that as a control signal use a control signal about the potential of the vehicle body relative to the surface of the road surface, and the compensating voltage is formed bipolar, depending on the polarity of the control signal, and set such a value and polarity that the potential of the vehicle body relative to the surface of the road surface is zero.

2. Device for ensuring electrical safety of passengers of electric vehicles with an ungrounded case in power supply systems from a two-wire DC network with a grounded or isolated negative pole, containing an adjustable source of compensating voltage, the output of which is connected between the negative power input and the vehicle body, an alarm circuit, a control signal sensor about the potential of the vehicle body relative to the surface of the road surface, control circuit, excellent characterized in that an integrating device, two video pulse generators, a controlled key node are additionally introduced into it, while the output of the control signal sensor through an integrating device is connected to the input of the control circuit, one output of which is connected to the input of one of the video pulse generators, the second output of the control circuit is connected with the input of another video pulse generator, the outputs of the video pulse generators are connected respectively to two inputs of the managed key node and two control inputs of the control uemogo compensating voltage source, and two output driven keys node connected to the two inputs of the compensating voltage source regulated.

3. The device according to claim 2, characterized in that a conductor isolated from the vehicle body is used as a control signal sensor, which provides contact with the surface of the road surface.

4. The device according to claim 2, characterized in that the adjustable source of compensating voltage contains a pulse transformer, a storage capacitor, a limiting resistor, two controlled keys, while the first and second terminals of the primary winding of the pulse transformer are inputs of an adjustable source of compensating voltage, one terminal of the secondary the pulse transformer windings are connected to the storage capacitor and through the limiting resistor to the vehicle body, the second output is secondary th winding via two controllable switch connected in parallel and oppositely connected to the other terminal of the storage capacitor and the negative power supply input.