Устройство для защиты человека от поражения электрическим током

Устройство для защиты человека от поражения электрическим током

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

: ЪЕ

ОП ИСАНИИЗОБРЕТЕН И

Союз Соаетскмз

Сацмалмстмческмк

Республик 657514 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 01.08.76 (21) 2388949124с присоединением замаки № (23) Приоритет

Опублнковано15.04. 9.Бюллетень М

Дата опубликования опнсания18.04.

1) М. Кл.

Н 02 Н 5/12

Н 02 Н 3/16

Веударптаеккый конатет

СССР пп делам кэабратеикй к аткрыткй

) УДК 621.31.6. .925. (088.8) (72) Авторы изобретения

И. М. Ефремов и А. П. Кругликов

Казахский политехнический институт им. В. И,.Ленина (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО НЛЯ ЗАШИТЫ ЧЕЛОВЕКА

ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

Изобретение относится к устройствам защиты человека от поражения электрическим током и может быть использовано в системах электроснабжения с изопированной нейтрапью.

Известны серийные устройства защиты человека от поражения током в системах эпектроснабжения с изолированной нейтрапью, состоящие из источника oneраMBHoI о постоянного тока, фильтра присоединения к фазам и чувствитепьного первичного реле, которое срабатывает и отключает сеть, к которой коснулся человек, если величина оперативного тока превысит ток срабатывания репе, что имеется место при высокой суммарной проводимости изоляции фаз и человека относительно земли (1) и (21.

Указанные устройства имеют ряд существенных недостатков.

С цепью усовершенствования зашиты от поражения электрическим током было предложено устройство, состоящее из аппарата, автоматически заземпяющего то2 ковед;„чцую часть, находящуюся под напряжением при касании к ней человека, и релейной автоматики, которая осуществляет выбор поврежденной фазы сети, включает заземляющий аппарат н затем

$ по истечении некоторого времени выключает его. (3). В качестве заземляющего аппарата устанавливается масляный âü кпючатепь с пофазным управлением. Репейная автоматика представляет собой фильтр напрюкения нулевой последовательности, включенный в сеть через трансформатор напрюкения.

Фильтр используется дпя выбора поврежденной фазы. Возврат заземпякяцего маспянного BblKIIloчатепя в отключенное положение производится автоматически через определенное время, оговоренное в местной инструкции.

Однако независимо от того, освобо20 дипся человек от действия тока ири касании фазы ипи еше находится поп током, через заданное автоматикой и оговоренное инструкцией время происходит возврат

657514 заземляющего масляного выключателя в откпюченное состояние. В резупьтате чеповек, не сумевший самостоятельно освободиться от токоведущего элемента, при откпючении заземпяющего аппарата снова попадает под напряжение, что увепичивает тяжесть электротравмы.

Известно также устройство, которое содержит блок заземления каждой фазы, опредепитель поврежденной фазы и отключающую катушку фидерного выкпючатепя (4 J, OAH&Ko напичие в нем контактных групп в блоке заземпения снижает надежность и быстродействие известного устройства, и кроме того, оно всегда откпючает сеть, если появляется утечка тока, даже когда она кратковременна и самоустраняется.

Цепью изобретения явпяется повышение надежности, быстродействия и сокращение перерывов эдектроснабжения из-за неоправданных откпючений сети.

Непь достигается тем, что в устройстве защиты чеповека от поражения эпектрическим током в сети с изолированной нейтрапью, содержащем блок заземпения каждой фазы, соединенный с определитепем поврежденной фазы и автоматический выкпючатепь, допопнитепьно введено репе времени, а бпок заземпения фазы выпоп нен из двух встречно-параппепьных тиристоров и последовательно соединенных с ними резистора и первичной обмотки трансформатора тока, соединенной с зем=. пей, вторичная обмотка:которого подкпючена к обмотке репе времени, размыкающий контакт которого вкпючен в цепь питания откпючающей катьки автоматического выкпючатепя, при этом управпяющий электрод каждого тиристора через диод, разделительный трансформатор и первый транзистор соединен с формироватепем попожитепьных импупьсов и с вторичной обмоткой импульсного трансформатора с прямоугопьной петпей гистерезиса, к первичной обмотке которого через второй транзистор и формироватепь отрицатепьных импульсов подкпючен второй входной трансформатор, формирователь попожитепьных импульсов состоит из поспедоватепьно соединенных стабилитрона, резистора и диода, вкпюченных в обмотку первого входного трансформатора, формирователь отрицательных прямоугопьных импульсов выполнен из соединенных последоватепьно стабипитрона и диода.

На фиг. 1 представпена общая схема устройства на примере одной фазы; на фиг. 2 — схема эпектрической сеча, поясняющая принцип работы устройства; на фиг. 3 — петля гистерезиса с тсчками (пояснения к работе устройства); на фиг. 4,5 — формы, величины и длительности сетевых напряжений фаза-земпя", "фаза-чеповек-земля", попожитепьных управпяюших импупьсов.

1Î

Предлагаемое устройство состоит из нормально закрытых тиристоров 1-6, замыкающих фазу с утечкой на землю через

$$ ограничивающие сопротивпения 7, 8, 9 (соответственно дня фаз А, В, С), соединенных с первичными обмотками трансформатора тока 10, 1 1, 1 2. Вторичные обмотки этих трансформаторов

26 через диоды 13, 14, 15 подкпючены к реле времени 16 с замыкающим контактом 17 с замедпением на замыкание.

Отключающая катушка 18 автоматического выключать ля АВ (фиг.2) соединена

2$ с источником 19 оперативного тока через указанный выше контакт 17.

Управляющий эпектрод каждого ти- ° ристора 1-6 (фиг. 1) А, В, С через

36 диод 20, раздепитецьный трансформатор

21, резистор 22 и транзистор 23, а также через резисторы 24, 25 соединен как с формироватепем попожитепьных импупьсов из стабинитрона 26, диода 27, 3$ резистора 28 и обмотки с,cl,òðàíñôoðìâтора 29, так и с вторичной обмоткой импульсного трансформатора 30. Первичная обмотка импульсного трансформатора подключена через транзистор 31, фор46 мироватепь отрицательных импупьсов, состоящий из диода 32 и стабипитрона 33, к обмотке . 0,, д входного трансформатора 34. Трансформаторы 35 и 36 явпяются входными дпя фаз В, С. Бля пи49 тания цепей устройства служат источники 37. Устройство подключается к фазам

А, В, С сети с изолированной нейтрапью со стороны низкого напряжения (HH) (см. фиг.2). Сеть питается от трансфор матора подстанции ТП через автоматический выкпючатель АВ с откпючакхцей катушкой 18.

На фиг. 2 даны следующие обозначения:

Ы вЂ” сопротивпение изоляции фазы относитепьно земли; Яц — сопротивление чел тела человека; К вЂ” ключ; LUG, — шунтируюшая цепочка.

6575 1.4

Устройство работает спедукнцим образом.

Если человек не касается фаэ, поступающих нч вход устройства, например на зажимы G, Ь трансформатора 34 (фаза Л) 5 синусоидапьное напряжение порядка 10 В, после диода 32 формируется в колоколообразные импульсы. Напряжение базаэмиттер транзистора 3 1 эа счет включения стабипитрона 33 имеет форму отрицательных прямоугольных импульсов, причем напряжение эапирания этого стабипитрона является уставкой срабатывания устройства: Обмотка N 1 импуньсного трансформатора 30, являясь нагрузкой транзистора 31, при поступлении от-. рицательных импульсов размагничивает сердечник трансформатора, причем величина размагничиваюшего тока подбирается такой, чтобы точка А (см. фиг.З) лежала в крайней нижней зоне ветви размагничивания петли гистереэиса. По окончании каждого отрицательного импульса сердечник трансформатора будет находиться в состоянии, характеризуемом точкой кой Е .

В промежутках между размагничивающими импульсами в обмоткуМ/ трансформатора 30 посылаются формирователями26, 27, 28 положительные намагничиваю30 щие импульсы трапецеидапьной формы открывающие тиристоры, например l unu

2 фазы А. Амплитуда напряжения этих импульсов подбирается резистором 25

И такой, чтобы в отсутствии касания человеком фазы, намагничивание сердечника трансформатора 30 шло от точки Б до точки С близкой к точке . Б насыщения сердечника. В точке С ма

46 нитная проницаемость сердечника

AB Дж

ЬЯ и индуктивность

oL=- )О

Р

4$ где: а5 — элементарное изменение индукции: дК â€” MeHeHHe H eHHocTH; W число витков обмотки; 5 — сечение сердечника; - длина силовой магнитной линии/ достаточно веники, а поэтоИ му сопротивление обмотки К= WA. также

t велико и напряжение управления тиристо ром, снимаемые с резистора 24 через транзистор 23, резистор 22 и трансформатор 21, недостаточно для его отпирания. После окончания каждого из намагничивающих импульсов состояние сердечника трансформатора 30 будет характеризоваться точкой I ." . Таким образом, в отсутствии касания человека к фазе размагничивание сердечника начинается каждый раэ с точки С и заканчивается на точке Е

При касании чеповека с сопротивлением Кц „(см. фиг.2), например к фазе

Л сети с сопротивлением изоляции Р напряжение ее по отношению к земле снижается, поэтому стабипитрон 33 и транзистор 31 будут закрыты и размагничивающие импульсы не будут поступать в обмоткуЮ трансформатора 30.

A так как по обмотке W перед этим прошел .попожитепьньгй намагничивающий импупьс, то состояние сердечника транссформатора будет характеризоваться точкой С . Последующий положительный импульс от формирователя 26, 27, 28 приведет сердечник в состояние, характеризуемое точкой Б, т.е. в зону насыщения, где параметры Я, g, Х постар 1 точно велики, что приведе к отпиранию тиристора 1 и замыканию фазы, например А, на землю через ограничивающий резистор 7.Напряжение фаза-земля" еще раз снизится, а поэтому размагиичивающая обмотка будет бездействовать. Положительные импульсы будут по-прежнему поступать в обмотку Я и тиристор 1 в эти попупериоды будет открыт. Однако в перерывах между положительными импульсами этот тиристор закрывается, а поэтому дая устранения протекания через человека тока недопустимой величины в эти отрезки времени в схеме предусматривается еше один (идентичный pacv смотренному} попуканал: с тиристором 2, открывающийся синхронно с эапиранием первого тиристора. В этом попуканапе питание формирователей,импульсов снимается с зажимов @, $, g, d с трансформаторов 34 и 29.

Снятие эакорачивания "фаза-земля" после самостоятельного освобождения человека от токоведущего элемента с целью приведения сети в нормальное эксплуатационное состояние производится автоматически без перерыва электроснабжения следующим образом. При работе первого полук ана па (фиг. 1 ) положите льные импульсы 0 „(фиr.4), открывающие 4 тиристор 1, формируются элементами

26, 27, 28 из синусоидапьного напряженияз,3 обмотки с d трансформатора 29.

Форма этих импульсов трапе цен дл пьн а я, ближе к прямоугольной. Степень прибпижения трапецеидапьной формы импульса к прямоугольной определяет время

657514 запаздывания открывания тпристора 1 при подаче на его управляющий электрод положительног0 импульса. Существование време ни t неже пате льно для первого полуканала, так как в этот ННТВрВВп времени 1 человек подвергается, кратковременному действию тока (см. фиг. 4, пик А напряжения U „ „ ) .,Сокращение интервала времени, а следовательно и пика А, достигается выбором напряжения обмоткис,д трансформатора 29, превышающего напряжение стабилизации стабилитрона 26., Если человек освободился за время прохождения положительной полувопны, то напряжение отрицательной полуволны возрастет до нормальной величины„ что приведет к стиранию стабилитрона 33 и ,транзистора 31, и будет сформирован отрицательный импульс, который перемагнитит сердечник трансформатора 30 до состояния А (фиг.3). Идущий за ним следующий единичный положительный импульс может перевести сердечник топько в состояние С, недостаточное дпя открывания тиристора 1. Hence снова придет отрицательный импульс и сердечник приобретет состояние. А и т.д., и тиристор 1 будет все время закрыт, а схема будет находиться в состоянии ожидания нового касания. Таким образом, возрастание амплитуды напряжения отрицательной попувопны до величины большей напряжения открывания стабилитрона

33 при освобождении человека происходит автоматически, а следовательно при одном тиристоре схема возвращается в исходное состояние без перерыва электроснабжения.

Однако человек может и не освободиться за первую лолуволну и тогда при одном тиристоре на фазу в схеме защиты он может попасть под действие напряжения отрицательной: полуволны (фиг.4), напряжение М,р „ед y . Пля устранения этой опасности в схеме установлен тиристор 2 (фиг.1)„на который подаются положительные импульсы с обмотки с, Д, трансформатора 29 и отрицательные - с обмотки а, aî трансформатора 34(для рассматриваемой фазы А па аналогичной схеме). Импульсы от обмотокс, ej,и a, 5 сдвинуты по отношению к импульсам от обмотокс,d и с3, о на 180 . Работа этого полуканапа в основном аналогична рассмотренному выше, но с цепью приведения схемы защиты в исходное состояние после освобождения человека без перерыва электронабжения, амплитуда напряжения обмотки с, д взята ниже, чем обмок<и с,д .

Вследствие этого образуются импульсы

% по форме, стоящие ближе к трапецеидальным, чем к прямоугольным (фиг.5), а время запаздывания открывания ти2 ристора 2 больше времени t для тиристора 1. Наличие времени 12 позволяет

16 получить кратковременно величину отрицательного пика А напряжения 0 ! при освободившемся человеке, (фиг.5) достаточную для открывания стабилитроHB 33 и транзистора 31, питаемых от обмотки д, 1 первого полуканала. Если человек не освободился то пик напряже7 ! ния равен пику Б. Импульса пика A npu освобождении человека достаточно для перевода сердечника импульсного

20 трансформатора 30 первого полуканала состояние А (фиг.3). Идущий вслед за отрицательным положительный импульс при единичном воздействии может перевести сердечник трансформатора 30 топь2 ко в состояние С и тиристор 1 будет закрыт, а затем при .подходе синусоиды / сетевого напряжения к нулю закроется и тиристор 2. Возрастание сетевого напряжения в положительную полуволну будет идти до нормальной величины, так как человек освободился, а тиристор 2 в эту полуволну будет продолжать оставаться закрытым, так как формирователь

I от обмотки с, ct. не выдает управляющего импульса, а формирователь от обмотки ( си о размагнитит сердечник импульсного ! трансформатора этого полуканала. Таким образом, схема обеспечивает защиту от поражения током при автоматическом

46 возврате в исходное состояние при освобождении человека без перерыва электро.снабжения.

Если человек самостоятельно осво4$ бодиться от действия тока не сумел или произошло падение НпН замыкание фазного провода на землю (длительная утечка), то питающая сеть будет отключена посредством реле времени 16 с выдержкой, так как в обмотке трансформатора 1 0 (для фазы А ) появится напряжение. Отключение сети автоматом

АВ (фиг.2) происходит посредством замыкания контакта 17 реле времени 16 в цепи отключающей катушки 18.

Предлагаемое устройство защиты позволит устранить отключение сети с изолированной нейтралью при кратковременных самоустраняющихся утечках с од657514 новременнЫм упучшением условия электробезопасности для .обслуживающего персонапа (устраняются случаи поражения чеповека неотпускающим и фйбриппяционным токами) . Применение бесконтактной быстродействующей аппаратуры повысит надежность зашиты, сведет к минимуму возможность с пучай ного и HH умыш ленного загрубпения уставки защитных устро"ств . Возможность значительного сни- 0 жения величины тока и времени его воз- действия на чеповека при испопьзовании данного устройства позволит смягчить требования к сопротивлению изоляции в сетях изолированной нейтрапью по фактору эпектробезопасности, что позволит применять сети эпектроснабжения с большим количеством элементов, которые, как правило, дпя рассматриваемого типа сетей, бопее экономичны, чем раздробпенные.

Способность самовозврата питающей сети с описанным устройством зашиты к нормапьному эксппуатационному режиму после завершения акта защиты без перерыва эпектроснабжения обьекта дает основание считать полезным устройство и с экономической точки зрения.

36

Формула изобретения

Устройство дпя зашиты человека от поражения электрическим током, содержащее определитепь поврежденной фазы сети, соединенный с бпоком заземления каждой фазы и автоматический выкпючатепь, отличающееся тем,что, с цепью повышения надежности и сокрашения перерывов электроснабжения сети, 46 в него допопнительно введено репе времени, а бпок заземления каждой фазы выпопнен на двух встречно-параппепьных тиристорах и последоватепьно соединенных с ними резистора и первичной обмот-.

4$ ки трансформатора тока, соединенной с землей, вторичная обмотка которого подкпючена к обмотке реле времени, размыкающий контакт которого включен в цепь питания отключающей катушки автоматического выкпючателя, а определитель поврежденной фазы выпопнен на разделительном трансформаторе, первичная обмотка которого через диод соединена с управляющим эпектродом и катодом соответствующего тиристора блока заземпения, а вторичная обмотка через первый транзистор и формирователь положительных импупьсдв с вторичной обмоткой первого входного трансформатора и со . вторичной обмоткой импульсного трансформатора с прямоугольной петпей гистерезиса, первичная обмотка которого подключена через второй транзистор к вторичной обмотке второго входного трансформатора, первичная обмотка которого включена между фазой и землей.

2. Устройство по и. 1, о т и и ч а юm е е с я тем, что формироватепь попожительных импупьсов состоит из поспедоватепьно соединенных стабипитрона, резистора и диода.

3. Устройство по п. 1, о т и и ч а ю- щ е е с я тем, что формироватепь отрицательных импупьсов состоит из соединенных поспедоватепьно стабипитрона и диода.

Источники информации, принятые во вниыьние при экспертзе

1. Шуцкий В. И. и др. Опыт применения защитных устройств в эпектросистемах напряжением до 1000 в, M.

"11НИЭИ", 1970, с. 21. 24. с. 34-35.

2. Стронгина П. Я. Сб. Труды Северо-Кавказского горно-метаппургического института", вып. 20, Орджоникидзе, 1966.

3. Авторское. свидетегпство СССР

l4 469182, Н 02 Н 3/16, 1972.