Устройство для защиты человека от поражения электрическим током в четырехпроводной электрической сети с глухозаземленной нейтралью

Устройство для защиты человека от поражения электрическим током в четырехпроводной электрической сети с глухозаземленной нейтралью

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕКА ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ТОКОМ В ЧЕТЫРЕХПРОБОДНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее формирователь отключающего сигнала, соединенный своим выхо .. f /-N М Л) . е-Ч- гп г 7 С ш JJ дом с входом коммутационного аппарата , включенные в фазные провода сети датчики производных тока, соединенные с входами элемента ИЛИ,, а также элемент И, о т л -и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью исключения ложных срабатываний, обусловленных неодновременным замыканием контактов коммутационного аппарата при включении трехфазной нагрузки, а также повышения надежности работы устройства при наличии повторных заземлений нулевого провода, оно дополнительно снабжено датчиком производной тока, включенным в цепь заземления нейтрали трансформатора, выход которого подключен к входу элемента И, второй j вход которого соединен с выходом (Л элемента ИЛИ, а выход элемента И подключен к входу формирователя отключающего , сигнала, при этом каждый повторный заземлитель соединен с нулевым проводом через вновь введенную катушку индуктивности. л... г 4 00 41 JL -л У Ж. -

СОаЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(59 Н 02 Н 3 б

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3444435/24-07 (22) 25.05.82 (46) 23.09.83. Бюл. Р 35 (72) Б.И. Косарев, Г.Н. Косолапов и В.Б. Павлов (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени институт инженеров железнодорожного транспорта (53) 621.316.925(088.8) (56) 1. Шилунов Н.В. Защитное отключение. M., "Энергия", 1968, с. 160.

2. Князевский Б.А. Охрана труда в электроустановках. М., "Энергия", 1977, с. 170-180.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 3280585/07, кл. Н 02 Н 3/16, 1.981. (54 ) (57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЦИТЫ ЧЕЛОВЕКА ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ

ТОКОМ B ЧЕТЫРЕХПРОВОДНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ HEATPAJIb!0, содержащее формирователь отключающего сигнала, соединенный своим выхо„.Я О„„ ЩЯ А дом с входом коммутационного аппарата, включенные в фазные провода сети датчики производных тока, соединенные с входами элемента ИЛИ, а также элемент И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью исключения ложных . срабатываний, обусловленных неодновременным замыканием контактов коммутационного аппарата при включении трехфазной нагрузки, а также повышения надежности работы устройства при наличии повторных заземлений нулевого провода, оно дополнительно снабжено датчиком производной тока, включенным в цепь заземления нейтрали трансформатора, выход которого подключен к входу элемента И, второй щ вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход элемента И подключен к входу формирователя отключающего. сигнала, при этом каждый (, повторный заземлитель соединен с нулевым проводом через вновь введенную катушку индуктивности.

1043777

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты от поражения электрическим током при попадании человека под фазное либо линейное напряжение в четырехпроводных электрических сетях. с глухозазе 4ленной нейтралью.

Известны устройства обесгечения электробезопасности при обслуживании четырехпроводных электрических сетей с глухозаземленной нейтралью. 10

Принцип работы ряда устройств основан на появлении принужденных составляющих токов нулевой последовательности, обусловленных протеканием тока по пути фа.зовый провод — тело человека t1j

Однако эти устройства не защищают человека при прикосновении к двум фазам, т.е. при его попадании под линейное напряжение. QQ

Кроме того,,надежность работы этих устройств недостаточна. Так, при наличии повторных заземлителей

I нулевогс провода и значительной однофазной нагрузке„ например освешения, через повторные заземлители протекают токи нулевой последовательности.

Эти токи н ряде случаев соизмеримы с токами, протекающими через тело человека, ч о влечет за собой увеличение уставки защиты, а следовательно, повышение вероятности поражения человека.

Известны устройства обеспечения эл-.êòðoáåçoïàñíacòè в четырехпроводных сетях, принцип действия которых основан на анализе переходных процессов, а точнее анализе свободных составляющих токов переходного режима, обусповленных прикосновением человека к фазе (2) . 40

Однако эти устройства также не защищают человека при попадании на линейное напряжение и не обеспечивают защиту от электропоражения при некоторых режимах работы электроустановки. Так, наприлер, включенные лампы накаливания сопротивлением 500

800 Ом вызывают сигнал, аналогичный тому, который возникает при прикосновении челозека. Наблюдается ложное срабатывание этих устройств при пуске электродвигателей. Дело в том, что в момент включения электродвигателя имеет место сдвиг по времени подачи к нему напряжения. Обусловлено зто неодновременным замыканием контактов устройства включения (магнитного пускателя, контактора и т.д.).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст- 60 ройство для защиты человека от поражения при его попадании под фазное либо линейное напряжение, содержащее дифференциальный трансформатор тока, охватывающий все четыре провода сети, измерительные трансформаторы тока, установленные в каждой фазе сети, дифференцирующие устройства, элементы ИЛИ, И, блок задержки, релейный усилитель, коммутационный аппарат.

При работе с трехфазной нагрузкой отключающий сигнал формируется как по току утечки с введением кратковременного запрета, так и по кратковременному приращению тока нагрузки.

Для обеспечения работы с однофазной нагрузкой формируется при включении однофазной нагрузки кратковременный ток утечки и от него более длительный сигнал запрета срабатывания (31 .

Недостатком известного устройства является его =ðàáàòûâàíèå при включении трехфазной нагрузки, когда происходит неодновременное замыкание контактов коммутационного аппарата.

Кроме того, устройство не работает При прикосновении человека к фазному проводу и наличии повторных заземлителей в связи с тем, что при прикосновении человека к фазе и включенных однофазных нагрузках по нулевому проводу протекают токи утечки, соизмеримые с током, обусловленным прикосновением человека.

Недостатком устройства*также является необходимость подключать к фазам, сети конденсаторы, что существенно нарушает режим ее работы.

Целью изобретения является исключение ложных срабатываний, обуслов ленных неодновременным замыканием контактов коммутационного аппарата при включении трехфазной нагрузки, а также повышение надежности работы устройства при наличии повторных заземлений нулевого провода.

Паставгенная цель достигается тем, что устройство для защиты "-еловека от поражения электрическим током в четырехпроводной электрической сети с глухозаземленной нейтралью, содержащем формирователь отключающего сигнала, соединенный своим выходом с входом коммутационного аппарата, включенные в фазные провода сети датчики производных тока, соединенные с входами элемента ИЛИ, а также элемент И, дополнительно снабжено датчиком производной тока, включенным в цепь заземления нейтрали трансформатора, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход элемента

И подключен к входу формирователя отключающего сигнала, при этом каждый повторный заземлитель соединен с нулевым проводом через вновь введенную катушку индуктивности.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема питания электропотребите104377

Сопротивление 19 составляет око-. ло 50% от сопротивления тела человека рука — рука..Сопротивление 20 соответствует сопротивлению растекания с ног человека, сопротивлению обуви и равно трети сопротивления тела человека. 30

При прикосновении человека к фазному. проводу. 9 (позиция 17) в момент времени t = 0 в напряжении первичной обмотки 6 импульсного трансформатора появляется скачок напряжения, амплитуда которого определяется по формуле

= 2Esing < б б

40 где Е действующее значение фазного напряжения источника 1 питания; фаза напряжения в проводе 9 в момент прикосновения; индуктивность первичной

50 обмотки импульсного трансформатора, установленного в фазе 9; индуктивность фазы 9 источника питания; индуктивность первичной об+ мотки импульсного трансформатора,установленного в цепи заземления нейтрали трансформатора индуктивности катушек, вклю- 60 ченных в цепь повторных.эа» землителей.

L5

L11

Lt> и

Аналогично скачком изменится напряжение на первичной обмотке 11 им- 65 лей от четырехпроводной электрической сети с нулевым проводом и схема замещения попадания человека под фазное и линейное напряжение; на фиг. 2-блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 3 — принципиальная электри- 5 ческая схема устройства; на фиг. 4 временная диаграмма, поя няющая работу устройства.

На фиг. 1 изображены источник 1 питания со своими обмотками 2-4, 1Î первичные обмотки 5-7 импульсных трансформаторов датчиков производных тока, включенные в фазные провода

8-10, первичная обмотка 11 импульсного трансформатора, установленного )5 в цепи заземления нейтрали трансформатора, катушки 12 и 13 индуктивности, также включенные в цепь- заземления нейтрали трансформатора 14, трехфазная нагрузка 15 и однофаэная нагрузка 16, схемы 17 и 18 замещения, имитирующие попадание человеЬ ка под фазное и линейное напряжение. пульсного трансформатора, установленного в цепи заземления йейтрали .

Ug = Г2 E s ing (.э

11 <1 э

При этом, согласно первому закону коммутации, скачок напряжения Ut,6 и

0, не зависит от сопротивления тела человека.

Указанные выражения записаны при условии, что влиянием на переходные процессы индуктивности фазннх проводов и нулевого провода можно пренебречь. Это допущение оправдано, поскольку для питания потребителей обычно используют кабельные сети.

Б случае же применения воздушных линий данное допущение также не приводит к существенному изменению импульса напряжения на индуктивностях, включенных в электрическую сеть.

При включении однофазной . нагрузки (например, лампы накаливания) между фазным проводом 8 и нулевым 14 импульс напряжения будет лишь на первичной обмотке импульсного трансформатора 5, импульс же напряжения на первичной обмотке импульсного трансформатора 11 практически отсутствует. а случае попадания человека под

†-;нейное напряжение (позиция 18) прикосновение к фазам происходит неодновременно, Пусть вначале человек коснулся фазы 10. Появились скачки нагряжения на первичных обмотках трансформаторов 7 и 11. Затем, через како ††время, человек коснулся фазы 9. Появился скачок напряжения на первичной обмотке трансформатора 6.

Включение трехфазной нагрузки 15, даже при ее пофазном пуске (за счет неодновременного замыкания контактов контактора и т.д. ), на первичной обмотке трансформатора 11 скачка напряжения не дает.

На фиг. 2 показана блок-схема предлагаемого устройства.

Вторичные обмотки импульсных трансформаторов, имеющих первичные обмотки 5-7, включенные в фазные провода 8-10, соединены с входами

21-23 согласования датчиков производной тока, выходы которых подключены к входам логического элемента

ИЛИ 24, выход которого соединен с входом элемента И 25, второй вход которого соединен с выходом схемы 26 согласования датчика 7 производной тока, импульсный трансформатор которого имеет первичную обмотку 11, включенную в цепь заземления нейтрали. Элемент И 25, формирователь 27 отключающего сигнала, усилитель и блок отключения, составляющие коммутационный аппарат 28, соединены пос- ледовательно.

1043777 э5 рж а35

На фиг. 3 EIðåäcòàíëåHc: принципияпьная :х».ма у..;.Т|>ойства.

Вторичны обмотки 29-32 импульсных трансформаторов„ имеющих первичные обмотки саэтветственна 5, б, / и 1":, сое„ ;инены с входами схем 21, .22, 23 1- 6 сг-гласования датчиков прои-::заднай така. Схемы согласования coc E Îßò из выпрямителей з3р эмиттерного повтсрителя 34„ фильтра

35 верхний частот,и выходного тран-. зистора 36.

Вы Оды 37, 38 и 39 хем 21, 22

23 сопл:..сова FIÿ подключены к вхо..-;ам Ioги» сскага элемента И-HE 40.

Выход 4 1 с. хемзi 26 ГОгласОвания J!Qg кл>оче.- к:ходам лагичс ского элемен" та Я- ЬК 4 -? 2. Выходы элементов 40 и 4 2

coeäE:-:.сны с входом элемента И-НЕ 4 3, вь1ход 44 :атарэго соединен с входом фармираз»ятеля 45, Формирователь 45 состо:T из триггера 46, линии 47 заде».::.ки,. генератора 48 и выходного э>1емев т - i"!--HE 49 „

Быкo:,0 триггера 46 соегинен с в .Одoi ": л "11-.; 4 " задержки и выхадно..1 О эльме и Га 4 9 . ВыхОд 5 л линии з аде к; са=.ди>1ен с входом триггера 46, Выха;, 52 E"å=i.åðàòoðà 48 соединен с вторым входом выходного элемента 49.

Выход 53 формирователя соединен с входам усилителя 54, который сос таит из тр нзистора 55 предваритель нoEО силения и выходного составного тран з >лотар»» (элементы 56 и 57 ), в каллектсрную цепь которага последов

T =.ãьна вк.11очена первичная обмотка

F :;,хоj,lага тра.нсформатара 58.

31:: оды 59-6 усилителя соединены с вхо;.>аул блока 62 отклю»1ения, состоящего из трех симисторов 63-65, включенны»х между фазными и нулевь>м проводами.

1»11Е>! .ДУ !- агрУ:ЗКОЙ и истОчНККОМ включен автоматический выключатель

6 б, сраб аз ыв аю1,ий при коротком замыкан1-:и H цепи

Работа устройства поясняется

:.-. ременной диа граммай (фиг. 4 ), где

О<, U, 13л -- мгновенные значения напряжения между фазовыми проводами 8-10 и нулевым проводом. устройства работает следующим образом.

При прикосновении к фазному провацу 9 в момент времени t, скачки напряжения 04 и 0 вторичных обмоток 30 и 32 импульсных трансформаторов поступают на входы схем

22 .- 26 =агласозания, с выходов 38

41 которых импульсы постуПают на, вход логических элементов 40 и 42, при этом на в:--ходе 44 элемента 43 появляется импул-ñc,, запускающий формирователь 45.- Ha выходе 50 триггера 46 появляется единичный уровень напряжения, поступающий на вход линии 47 задержки и на вхад выходного элемента 49. На выходе 53 элемента .49 паявляетс:я серия импульсов, генерируемая генератором 48, Эти им-, пульсы усиливаются блоком 54, с выходов 59-61 которого они поступают на управлгнощие электроды симистОрОв

63-65, открытие которых приводит к протеканию в цепи токов короткого замыкания, которые приводят к срабатЫВНН1ЛК> аВтаМатИЧЕСКОГО ВЫКЛЮЧатЕл;-. 66 и обесточиванию цепи.

С выхода 5". .линии 47 задержки на

P-вхол, триггера 46 через промежуток гремени,, достаточный для срабатывания автоматическога выключателя

66, поступает импульс, срабатывающий триггер 46 в нуль и возвращающий схему в исходное положение.

Зффект от внедрения предлагаемого устра>лства носит социальный характер: повышение электробезопасности в системе электроснабжения потребителей за счет исключения электротравматизма при обслуживании четы— рехпроводных электрических сетей с глухозаземленной нейтралью.

1043777, 043777

Жхбб

58

)Q

Ьь: од и Г

Ц

"666%ШМййЩМййМШШйШЯййййИЙШББ ЬиоЬ щ @щ @ра@Щ Е@ @щщ@щ@@рЕЩ дырс а — 1

Составитель Д. Чекарьков

Редактор A. 14андор Техред A.вабинец" Корректор C.Øåêìàp

Заказ 7352/58 Тираж 617 Подписнос

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, !"осква, _#_-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, Ул. Проектная, 4