Устройство для защитного отключения электроустановки в сети переменного тока

Устройство для защитного отключения электроустановки в сети переменного тока

Реферат

 

Использование: четырехпроводные сети переменного тока. Сущность изобретения: для обеспечения защиты при пробое изоляции между обмотками понижающего трансформатора дополнительно введены резистор и два последовательно соединенных диода, которые подключены к выводам трансформаторного выпрямителя, являющегося составной частью защищаемой электроустановки. 1 ил.

Изобретение относится к защите от поражения электрическим током и предназначено для электроустановок, которые питаются от четырехпроводных сетей переменного тока и используются в напольном транспорте и в производственных помещениях.

Известны устройства для защитного отключения электроустановок при пробое их изоляции на корпус, обрыве цепи нулевого провода, при прикосновении человека к токоведущим частям электроустановки [1, 2] При использовании этих устройств для защиты электроустановок с понижающим трансформатором и выпрямителем не обеспечивается защита при повреждении изоляции между разнопотенциальными обмотками трансформатора.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения отключения электроустановки при повреждении изоляции между разнопотенциальными обмотками ее понижающего трансформатора.

Это достигается тем, что устройство, которое содержит два конденсатора, соединенные с двумя фазными проводами и с нулевым проводом сети переменного тока, один конденсатор, соединенный с третьим фазным проводом и через размыкающую кнопку "стоп" с корпусом электроустановки, трансформатор тока нулевой последовательности, усилитель и защитный выключатель, дополняют резистором и двумя последовательно соединенными диодами.

На чертеже показана принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.

Защищаемая электроустановка получает электроэнергию по четырехпроводной сети 1 с нулевым проводом 1.1, который заземлен у источника электроэнергии, и с фазными проводами 1.2, 1.3, 1.4. Трехфазное переменное напряжение сети 1 через защитный выключатель 2 по гибкому кабелю 3 поступает к электроустановке 4. По трем фазным проводам сети 1 кабеля 3 подается электроэнергия, необходимая для работы электроустановки 4. Четвертый нулевой провод сети 1 и кабеля 3 обеспечивает защитное заземление ее корпуса.

Защитный выключатель 2 имеет реализующие операции пуск и стоп кнопки 2.1 "Пуск" и 2.2 "Стоп" 1, магнитный пускатель 2.3 с силовыми 2.3.1, блокировочным 2.3.2 контактами и катушкой 2.3.3, трансформатор 2.4 тока нулевой последовательности, усилитель напряжения 2.5, реле 2.6 с катушкой 2.6.1 и контактом 2.6.2 и клеммы 2.7. К этим клеммам подключен гибкий кабель 3 и асимметрирующий блок 5 с конденсаторами 5.1 и 5.2. Электроустановка 4 имеет клеммы 4.1, к которым подключены фазные провода кабеля 3. Нулевой провод кабеля 3 соединен с корпусом электроустановки 4. Электроустановка 4 имеет симметрирующий блок 6 с конденсатором 6.1 и кнопкой 6.2 "Стоп" 2, реализующей операцию стоп, понижающий трансформатор 7, выпрямитель 8, резистор 9, диоды 10 и 11, блок 12 управления электродвигателем 13. Элементы 8-13 соединены между собой двухпроводными цепями 14, изолированными относительно корпуса электроустановки 4.

Конденсаторы блоков 5 и 6 имеют одинаковую емкость, подключены к разным фазам сети 1 и обеспечивают протекание в первичных обмотках трансформатора 2.4 симметричных токов, геометрическая сумма которых равна нулю. При таком равенстве токов отсутствует напряжение на вторичной обмотке трансформатора 2.4. Трансформатор 7 является понижающим и имеет потенциально разделенные первичную и вторичную обмотки. Первичная обмотка подключена через клеммы 4.1 и кабель 3 к сети 1. Вторичная обмотка к выпрямителю 8, который по двухпроводным цепям 14 через блок 12 питает электродвигатель 13, являющийся электроприемником электроустановки 4. К выходу выпрямителя 8 также подключены резистор 9 и последовательно соединенные диоды 10 и 11, общая точка которых соединена с корпусом электроустановки 4.

Устройство защитного отключения работает в следующих режимах.

В исходном состоянии напряжение сети 1 поступает к усилителю 2.5 выключателя 2, силовые контакты 2.3.1 пускателя 2.3 разомкнуты и на электроустановку 4 напряжение не подается.

Для оперативной подачи напряжения на электроустановку 4 нажимают кнопку "Пуск". Через замкнувшийся контакт этой кнопки, контакт кнопки "Стоп 1" и контакт 2.6.2 реле 2.6 переменное напряжение сети 1 поступает на катушку пускателя 2.3, который после этого замыкает свои силовые 2.3.1 и блокировочный 2.3.2 контакты. Замкнувшийся контакт 2.3.2 создает цепь, обеспечивающую включенное положение пускателя 2.3 при отпущенной кнопке "Пуск" и разомкнутом ее контакте. Через замкнувшиеся контакты 2.3.1 пускателя 2.3 трехфазное переменное напряжение сети 1 поступает на электроустановку 4 и в блок 5. Так как цепи электроустановки 4 и блоков 5, 6 образуют для сети 1 симметричную нагрузку, то после включения пускателя 2.3 по первичным обмоткам трансформатора 2.4 протекают токи, геометрическая сумма которых равна нулю, и отсутствует напряжение на вторичной обмотке этого трансформатора.

Поданное на клеммы 4.1 электроустановки 4 трехфазное напряжение понижается трансформатором 7, который обеспечивает потенциальное разделение сети 1 и цепей электроприемника. Пониженное напряжение вторичной обмотки трансформатора 7 выпрямляется выпрямителем 8. Выпрямленное напряжение имеет показанную на схеме полярность, по двухпроводным цепям 14 поступает к электродвигателю 13 и прикладывается к резистору 9 и в его цепи протекает ток. Выпрямленное напряжение имеет обратную полярность по отношению к проводящему направлению диодов 10, 11.

Оперативное снятие напряжения с электроустановки 4 осуществляется нажатием кнопок "Стоп 1" и "Стоп 2". При нажатии кнопки "Стоп 1" ее разомкнувшийся контакт снимает напряжение с катушки 2.3.3 магнитного пускателя 2.3, который размыкает свои силовые 2.3.1 и блокировочный 2.3.2 контакты. После размыкания контактов 2.3.1 снимается напряжение с электроустановки 4. Разомкнувшийся контакт 2.3.2 пускателя 2.3 препятствует его включению после замыкания цепи кнопкой "Стоп 1".

При нажатии кнопки "Стоп 2" в блоке 6 конденсатор 6.1 отключается от корпуса электроустановки 4 и в цепи конденсатора 6.1 ток прекращается. В результате этого нарушается симметрия токов в первичных обмотках трансформатора 2.4. При несимметрии этих токов их геометрическая сумма не равна нулю и на вторичной обмотке трансформатора 2.4 появляется напряжение, которое увеличивается усилителем 2.5. Увеличенное напряжение прикладывается к катушке 2.6.1 реле 2.6, которое срабатывает и размыкает свой контакт 2.6.2. Разомкнувшийся контакт 2.6.2 снимает напряжение с катушки 2.3.3 пускателя 2.3. Далее устройство работает в такой же последовательности, как и после нажатия кнопки "Стоп 1", и снимает напряжение с электроустановки 4.

Устройство обеспечивает защитное отключение электроустановки 4 от сети 1 при обрыве нулевого провода кабеля 3, при касании человеком токоведущих частей электроустановки 4, при пробое изоляции между ее токоведущими частями и корпусом, при нарушении изоляции между обмотками трансформатора 7.

Разрыв цепи нулевого провода кабеля 3 сопровождается прекращением тока в конденсаторе 6.1 блока 6. После этого нарушается симметрия токов в первичных обмотках трансформатора 2.4 и устройство отключает электроустановку 4 от питающей сети 1 в такой же последовательности, как и при нажатии кнопки "Стоп 2".

Когда человек, находящийся под потенциалом корпуса (земли) электроустановки 4, касается ее токоведущих частей, имеющих потенциал фаз сети 1, то сопротивление человека шунтирует соответствующий конденсатор блока 5 или 6. В результате этого нарушается симметрия токов первичных обмоток трансформатора 2.4. Последующий порядок работы устройства не отличается от ранее описанного порядка отключения электроустановки 4 от кнопки "Стоп 2". После отключения электроустановки 4 снимается напряжение с человека, который коснулся ее токоведущих частей.

При появлении короткозамкнутой цепи фаза сети 1 корпус электроустановки 4 и при снижении изоляции между ее корпусом и фазами сети 1 нарушается симметрия токов первичных обмоток трансформатора 2.4 и снимается напряжение с электроустановки 4 в описанной ранее последовательности.

Пробой изоляции между первичной и вторичной обмотками трансформатора 7 нарушает потенциальное разделение между сетью 1 и цепями электроприемника электроустановки 4. После пробоя изоляции под действием фазного напряжения сети 1 протекает ток в таком контуре: фазный вывод не показанного на схеме источника напряжения (трансформатора на подстанции) фазный провод сети 1 силовой контакт 2.3.1 пускателя 2.3 фазный провод кабеля 3 первичная обмотка трансформатора 7 сопротивление поврежденной изоляции между обмотками трансформатора 7 диоды выпрямителя 8 диоды 10 и 11 корпус электроустановки 4 нулевые провода кабеля 3 и сети 1 нулевой вывод непоказанного на схеме источника напряжения.

Одна полуволна переменного тока, который протекает через поврежденную изоляцию, замыкается через диод 10, вторая через диод 11. Ток полуволны, замыкающейся через диод 10, имеет направление: вторичная обмотка трансформатора 7 проводящий ток диод анодной группы выпрямителя 8 диод 10 корпус электроустановки 4 далее элементы контура, который определен ранее. Ток полуволны, замыкающийся через диод 11, имеет направление: корпус электроустановки 4 диод 11 проводящий ток диод катодной группы выпрямителя 8 вторичная обмотка трансформатора 7 далее элементы обозначенные ранее контура.

Направление переменного тока, который появляется после пробоя изоляции, совпадает с проводящим направлением диодов 10, 11 и не совпадает с проводящим направлением диодов выпрямителя 8. Обязательным условием для протекания переменного тока такого направления в цепи диодов выпрямителя 8 является наличие в их цепи выпрямленного тока, амплитуда которого превышает амплитуду переменного тока. Выпрямленный ток диодов выпрямителя 8 равен при работающем (неработающем) электродвигателе 13, сумме его тока и тока резистора 9 (току этого резистора). Поэтому сопротивление резистора 9 должно иметь такую величину, при которой появившийся после пробоя изоляции переменный ток, обеспечивает надежное отключение защитного выключателя 2.

Цепь протекания переменного тока, который накладывается при пробое изоляции на выпрямленный ток выпрямителя 8, шунтирует конденсатор блока 5 или 6. Это приводит к нарушению симметрии токов первичных обмоток трансформатора 2.4. После этого защитный выключатель 2 отключается и снимает напряжение с трансформатора 7, обмотки которого имеют поврежденную изоляцию.

После оперативных и защитных отключений электроустановки 4, которые описаны, подача на нее напряжения производится нажатием кнопки "Пуск".

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ В СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, которая имеет понижающий трансформатор и выпрямитель, питающий по двухпроводным цепям электроприемники, содержащее два конденсатора с клеммами для подключения к двум фазным проводам и нулевому проводу сети переменного тока, один конденсатор с клеммами для подключения с ее третьим фазным проводом и через размыкающую кнопку "Стоп" с корпусом электроустановки, трансформатор тока нулевой последовательности, вторичная обмотка которого соединена через усилитель с цепями управления защитного выключателя, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения защиты электроустановки при повреждении изоляции между обмотками ее понижающего трансформатора, оно дополнительно снабжено параллельно соединенными резистором и двумя последовательно включенными диодами, имеющими клеммы для подключения к выходу выпрямителя, таким образом, что полярность его выпрямленного напряжения совпадает с непроводящим направлением диодов, а их общая точка соединена с клеммой для подключения к корпусу электроустановки.

РИСУНКИ

Рисунок 1