Устройство для защиты сети с изолированной нейтралью от утечки тока на землю

Устройство для защиты сети с изолированной нейтралью от утечки тока на землю

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

I д

Союз Советских

Социалистимеских

Республик (61) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) Занвлено27.01. 77(21) 2447139/24.-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет—

Опубликовано05.04.79.Бюллетень № 13

Дата опубликования описания 09.04.79 (51) М. Кл.

Н 02 Н 3/16

Н 02 Н 5/12

Государстееииый комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.316. . 925 (088.8) (72) Aвторы изобретения

В. С. Дэюбан, Ф. A. Айдаров и В. H. Савицкий (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ

НЕЙТРАЛЬЮ ОТ УТЕЧКИ ТОКА НА ЗЕМЛЮ

Данное устройство относится к электротехнике.

Устройство для защиты сети от утечек тока на землю предназначено для применения в участковых сетях угольных шахт с изолированной нейтралью трансформаторов, преимущественно высоковольтных.

Известно, что технико-экономические показатели горнодобывающих предприятий улучшаются по мере увеличения номинального напряжения в сети, в связи с чем в

СССР разработан и осваивается промышленностью комлекс электрооборудования на

1140 В, а за рубежом в отдельных случаях применяется и более высокое напряжение—

3 кВ. Широкому внедрению напряжения 3 и б кВ в участковых сетях угольных шахт препятствует увеличивающаяся опасность поражения обслуживающего персонала электрическим током. Защита людей от поражения током возложена на аппаратуру защитного отключения, которая в сетях высокого напряжения должна иметь быстродействие порядка 5 мс при возникновении сопротивления утечки от долей до десятка килоом.

Устройство для защиты сети от утечек тока на землю с быстродействием в несколько миллисекунд известно и описано в (1).

Оно содержит источник оперативного постоянного напряжения, включенный посредством балластных сопротивлений между сетью и землей, и пороговый элемент. Время срабатывания такого устройства составляет

2 мс. Препятствием для использования этого устройства в высоковольтных сетях являются черезмерно малые уставки срабатывания 100 — 200 Ом, при которых быстродействие составляет несколько миллисекунд.

Известны и устройства, уставки которых достигают 20 кОм (2) . Оно содержит источник оперативного постоянного напряжения, подключенный одним полюсом к сети, пороговый элемент и нулевую точку сети.

Недостатком его, однако, является большое время срабатывания, измеряемое несколькими десятками миллисекунд, вплоть до

100 мс. Большое время срабатывания обусловлено прежде всего наличием конденсатора, которым зашунтирован пороговый элемент, а также тем, что в качестве порогового элемента использовано электромагнит656145

25 ное реле. Однако, даже исключение из схемы указанного конденсатора и замена реле более быстродействующим пороговым элементом не позволяет получить быстродействие менее 10 — 15 мс. Это объясняется тем, что на оперативный постоянный ток оказывается наложенным ток частотой 50 Гц, обусловленный возникновением между сетью и землей при однофазных утечках напряжения смещения нейтрали, который, складываясь со снижающимся оперативным током, как бы удерживает его на прежнем уровне в течение первых 10 — 15 мс. Поэтому получить время срабатывания, меньшее 1,5 полупериода частоты рабочего напряжения в такой схеме не представляется возможHhIM.

Целью настоящего изобретения является увеличение быстродействия устройства.

Эта цель достигается за счет того, что в устройство, содержащее источник оперативного постоянного напряжения, подключенный одним полюсом к сети, пороговый элемент и искусственную нулевую точку сети, дополнительно введены блок компенсации переменной составляющей тока, обусловленного утечкой, разделит< льный трансформатор и усилитель переменного тока, вход которого подключен к вновь введенному резисторному делителю напряжения, включенному между вторым полюсом источника оперативного постоянного напряжения и землей, а выход — через разделительный трансформатор к первому входу блока компенсации переменной составляющей тока, обусловленного утечкой, второй вход которого подключен между искусственной нулевой точкой сети и землей, а выход — — к пороговому элементу.

Электрическая схема предложенного устройства приведена на чертеже.

Устройство состоит из источника оперативного постоянного напряжения 1, подключенного одним своим полюсом к ссти, усилителя переменного тока 2, блока комленсации переменной составляющей тока, обусловленного утечкой 3, порогового элемента 4 н нулевой точки 5. Как видно из схемы, между другим полюсом источника оперативного напряжения и землей, с одной стороны, и нулевой точкой сети 5 и землей, с другой, включены вход усилителя переменного тока

2 и второй вход блока 3, к выходу которого подключен пороговый элемент 4. Первый вход блока 3 подключен к трансформатору, являющемуся выходом усилителя переменного тока 2. Из схемы также видно, что вход усилителя 2, подключен к источнику оперативного напряжения 1, а второй вход блока 3 — между нулевой точкой сети 5 и землей. При таком соединении схемы оперативный постоянный ток во втором входе блока 3 при снижении сопротивления изоляции снижается. Возможно и другое сое10

5О динение схемы, отличающееся от описанного обратным включением входа усилителя и второго входа блока 3: вместо подключения к источнику оперативного напряжения вход усилителя 2 можно включить между точками 5 и земля, а второй вход блока

3 вместо точек 5 и земля можно включить между источником оперативного напряжения 1 и землей. При таком соединении снижение сопротивления изоляции сопровождается ростом оперативного постоянного тока на втором входе блока 3. Однако, независимо от места подключения входа усилителя 2 и второго входа блока 3, описанное выше взаимное соединение усилителя 2, блока компенсации переменной составляющей тока, обусловленного утечкой 3 и порогового элемента 4 увеличивает быстродействие устройства. Рассмотрим работу схемы при условии подключения ее по схеме, изображенной на чертеже.

Как видно из схемы при сопротивлении изоляции сети, равном бесконечности, оперативный постоянный ток замыкается по цепи: плюс выпрямителя 1, сеть, искусственная нулевая точка 5, второй вход блока

3, земля, вход усилителя 2, минус источника

1. Так как постоянное напряжение усилителем переменного тока не усиливается, то результирующий сигнал, поступающий с блока компенсации 3 на пороговый элемент, определяется постоянным током в цепи: нулевая точка 5 — земля. Пороговый элемент находится в одном из состояний — открыт или закрыт.

При возникновении в сети утечки тока, оперативный постоянный ток проходит через сопротивление утечки и в зависимости от его величины соответственно снижается в цепи — сеть, нулевая точка 5, блок компенсации 3, земля. Так как сеть всегда обладает определенной емкостью относительно земли, то снижение тока в указанной цепи происходит по экспоненциальному закону с постоянной времени, определяемой емкостью сети и сопротивлением утечки. При определенном сопротивлении изоляции ток во втором входе блока 3 достигает порога срабатывания, в результате чего пороговый элемент 4 переключается в обратное состояние и выдает сигнал о наличии утечки. Однако, одновременно с возникновением утечки между сетью и землей появляется напряжение смещения нейтрали. В результате в цепи сеть — земля на постоянный оперативный ток накладывается и переменный. В зависимости от момента возникновения утечки переменный ток в начальный момент переходного режима либо совпадает по направлению с оперативным, либо направлен встречно ему. Это значит, что в первом случае оперативный ток как бы поддерживается некоторое время переменным током выше порогового значения срабатывания. Бла656145

Составитель Л. Васькова

Редактор В. Лукин Техред О. Луговая Корректор Л. Веселовская

Заказ 1541/44 Тираж 856 Подписное

11НИИПИ Государственного комитета CCCP по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4 5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная. 4 годаря этому, время переключения порогового элемента оказывается большим по сравнению со случаем отсутствия переменного тока. Если данная схема без влияния напряжения смещения нейтрали может срабатывать за 3 — 4 м, то в реальных условиях, при воздействии переменного тока, это время увеличивается до 10 в 15 мс. Задача исключения влияния переменного тока на быстродействие возложена на усилитель переменного тока 2 и блок компенсации переменной составляющей тока, обусловленного утечкой 3. Основная идея состоит в том, что переменное напряжение, приложенное между землей и нулевой точкой 5 одновременно оказывается приложенным и к цепи: земля, резисторный делитель напряжения, вход усилителя 2, источник выпрямленного напряжения 1, сеть. Переменное напряжение смешения нейтрали, приложенное к резисторному делителю напряжения, усиливается усилителем 2, трансформируется и, перевернутое. на 180, сравнивается с напряжением в цепи: нулевая точка 5, земля.

Таким образом, на первый вход блока 3 подается только переменный ток, а на второй — суммарный: переменный и постоянный оперативный. Эти сигналы вычитаются, в результате чего к пороговому элементу прикладывается только постоянный ток. Благодаря этому, время срабатывания определяется только скоростью изменения оперативного тока в цепи — нулевая точка 5, земля — и не зависит от наличия напряжения смешения нейтрали сети.

Такое построение схемы защитного отключения позволяет получить времй сраоатывания устройства на порядок меньше времени срабатывания прототипа

Форлгула изобретения

5 Устройство для защиты сети с изолированной нейтралью от утечки тока на землю, содержащее источник оперативного постоянного напряжения, подключенный одним полюсом к сети, пороговый элемент и искусственную нулевую точку сети, от,гичаюи ееся тем, что, с целью увеличения быстродействия, дополнительно введены блок компенсации переменной составляющей тока, обусловленного утечкой, разделительный трансформатор и усилитель переменного

15 тока, вход которого подключен к вновь введенному резисторному делителю напряжения, включенному между вторым полюсом источника оперативного постоянного напряжения и землей. а выход — через раз20 делительный трансформатор к первому входу блока компенсации переменной составляющей тока, обусловленного утечкой, второй вход которого подключен между искусственной нулевой точкой сети и землей, а выход — к пороговому элементу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Фролкин В. Г. Способ контроля изоляции кабельной сети, в сб. Научные сообщения ИГД им. А. A. Скочинского, выпуск XVIII, М., «Недра», 1968, 2. Авторское свидетельство СССР

Ìå 275206. кл. Н 02 Н 3/16. 1966.