Устройство защиты от утечки тока в трехфазной электрической сети

Устройство защиты от утечки тока в трехфазной электрической сети

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик р>974487 (6!) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 08.04.81 (21) 3273425/24-07 с присоединением заявки №

151) М. Кп.з

Н 02 Н 3/17

H 02 H 9/08

Государственный комитет

СССР по делам изобретении и открытий (23) Приоритет— (53) УДК 621.316.

925(088 8

Опубликовано 151182. Бюллетень ¹ 42

Дата опубликования описа

В.С. Дзюбан, В. П. Кононенк

О.М. Воронцов, Г.A. Леонть

Е.П. Милешин, Г.И. Сивчико (72) Авторы изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский проектноконструкторский и технологический институт взрывоэащищенного и рудничного электрооборудования (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ УТЕЧКИ ТОКА

В ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

Изобретение относится к устройст. вам защиты от утечек в подземных трехфаэных электрических сетях с изолированной нейтралью и предназначено для защиты от поражения людей электрическим током.

Известно устройство защиты от утечек, состоящее из устройства контроля активного сопротивления изоляции и автоматического компенсатора емкостных токов утечек на землю. Устройство контроля изоляции собрано на основе схемы трех вентилей, соединенных в звезду (ЗВ), общая точка которых через двухобмоточное реле присоединена к земле. Автоматический компенсатор емкостных токов утечек, обеспечивающий в комплексе с устрой ством контроля изоляции защиту от утечек тока, состоит из источника питания, измерительного генератора повышенной частоты, выпрямителя, нагрузкой которого является обмотка управления дросселя насыщения, снижающего токи утечки путем автомати.ческой компенсации их емкостной составляющей (1).

Недостатком устройства является отсутствие самоконтроля исправности элементов схемы, из-за чего сеть ЗО при выходе из строя элементов схемы может эксплуатироваться с неисправной защитой.

Наиболее близким к изобретению является устройство защиты от утечек тока, состоящее из устройства контроля активного сопротивления изоляции, содержащего источник питания, коммутирующий конденсатор, подключенный к исполнительному органу, источник оперативного тока, присоединенный между сетью и землей, и источник импульсного тока, включенные встречно между собой и параллельно диоду, шунтирующему база-эмиттерный переход транзисторного усилителя, коллектор которого соединен через резистор с источником питания, и автоматического компенсатора емкостных токов утечек на землю, включающего в себя генератор повышенной частоты, усилитель, нагрузкой которого является обмотка управления компенсирующего дросселя (2).

Недостатком указанного устройства яв>тяется отсутствие самоконтроля исправности элементов схемы автоматического компенсатора емкостных токов утечек. При выходе из строя, например, источника питания или гене974487 ратора повышенной частоты автоматического компенсатора, последний не может выполнять функций по снижению длительных и, особеннЬ, кратковременных токов утечки, что приводит к нарушению условий электробеэопасности 5 шахтной участконой электрической сети в течение всего времени эксплуатации аппарата защиты от утечек.

При открытом состоянии транзисторного усилителя на сопротивлении в его 0 коллекторной цепи и на самих транзисторах выделяется значительная мощность, ввиду чего транзисторы необходимо выбирать большой мощности.

Это приводит к значительному повыше- 15 нию температуры внутри устройства защиты от утечек.

Указанное обстоятельство особенно отрицательно сказывается н устройствах защиты от утечек, предназначенных для встраивания в распределительное устройство низкого напряжения шахтной передвижной трансформаторной подстанции, где окружающая температура достигает 65 С. Кроме того, при низкой частоте коммутации (100 Гц) транзисторного усилителя коммутирующий конденсатор необходим значительной емкости, что увеличивает габариты устройства и снижает его быстродействие. Последнее объясняется тем, что при значительной длительности открытого состояния усилительного транзистора, когде через реле не протекает ток от коммутирующего конденсатора, необходимо шунтирование его обмотки конденсатором значительной емкости.

Цель изобретения — повышение надежности работы и быстродействия устроиства защиты от утечек. 40

Цель достигается тем, что н устройстве защиты, содержащем блок контроля активного сопротивления изоляции, включающем в себя источник питания, к которому подключен коллек- 45 торно-эмиттерный переход транзисторного усилителя через резистор, параллельно с которым сеединены стабилитрон и исполнительный орган, к одному из выводов которого через пер- 5О ный диод подключена одна обкладка коммутирующего конденсатора, источник оперативного тока, присоединенный между сетью и землей через.параллельно включенные второй диод и аэа-эмиттерный переход транзисторого усилителя, к точке соединения базы транзисторного усилителя и катоду второго диода пОдключен выход источника импульсного тЬка, блок компенсации емкостного тока утечки, включающий в себя генератор повышенной частоты, соединенный с входом усилителя, подключенного между сетью и землей через фильтр присоединения, выход усилителя подключен к обмотке 65 управления компенсирующего дросселя, источник импульсного тока ныполнен н виде формирователя прямоугольных сигналов, управляющий вход которого соединен с генератором повышенной частоты через вновь введенный фильтр переменного тока, а коллектор транзисторного усилителя подключен к другой обкладке коммутирующего кон-. денсатора через вновь введенный защитный диод параллельно эмиттернобазовому переходу вновь ввденного дополнительного транзистора, коллек тор которого соединен с источником питания °

При этом с целью упрошения фильтр переменного тока может быть выполнен н виде дополнительной обмотки колебательного контура генератора повышенной частоты.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема предложенного устройства защиты от утечек.

Устройство защиты от утечек тока состоит из блока контроля активного сопротивления изоляции и блока компенсации 1 емкостного токов утече ° на землю.

Блок контроля активного сопротивления изоляции содержит источник питания 2, коммутирующий конденсатор 3, исполнительный орган 4, источник оперативного тока 5, включенный между сетью и землей с помощью резисторов б и 7 и компенсирующей цепи, состоящей из дроссель-трансформатора 8, компенсирующего дросселя 9 и разделительного конденсатора 10. Источник оперативного тока 5 и источник импульсного тока, выполненный н виде формирователя прямоугольных сигналов

11, включены встречно между собой и параллельно диоду 12, шунтирующему база-эмиттерный переход транзисторноro усилителя 13, коллектор которого соединен через резистор 14 с источником питания 2.

Формирователь прямоугольных сигналон 11 нключает н себя транзистор

15, резисторы 16 и 17, диод 18. Управляющий вход формирователя прямоугольных сигналов 11 сняэан с блоком компенсации 1 через фильтр переменного тока 19. Коллектор транзисторного усилителя 13 подключен к коммутирующему конденсатору 3 через защитный диод 20, параллельно которому включен база-змиттерный переход дополнительного транзистора 21. Исполнительный орган 4 эашунтиронан стабилитроном 22, включенным согласовано с источником питания 2.

Блок компенсации емкостного тока утечки на землю включает в себя генератор повышенной частоты 23, усилитель 24, нагрузкой которого является обмотка управления компенсирующего дросселя 9, источник питания 25,J

974487 фильтр присоединения блока компенсации к сети 26. Исполнительный орган 4 своим выходным контактом 27 воздействует на расцепитель 28 автоматического выключателя 29, включающего сеть с сопротивлением изоляции 30.

Устройство работает следующим образом.

При бесконечно большом сопротивле нии изоляции 30 оперативный ток Лоя протекает по цепи: земля, резистор 7, обмотка компенсирующего дросселя 9, резистор 6, параллельное соединение база-змиттерного перехода транзистора 13 и диода 12.Кроме того через это соединение встречно оперативному току протекает эталонный ток

-Э тпо цепи: плюс источника питания формирователь прямоугольных сигналов

11, указанное параллельное соединение, минус источника питания 2. При минимальной амплитуде прямоугольных сигналов открыт диод 12, при появлении максимальной амплитуды диод 12 заперт и открыт база-эмиттерный переход транзистора 13 ° Формирователь прямоугольных сигналов работает следующим образом.

При отрицательной полярности сигнала, снимаемого с фильтра переменного тока 19, по отношению к эмиттеру транзистора 15, диод 18 открыт и по цепи: плюс источника питания 2, резистор 17, диод 18, вторичная обмотка фильтра переменного тока 19, открытый переход диода 12, минус источника питания 2 проходит начальный ток ° При положительной полярности сигнала, снимаемого с фильтра переменного тока 19, по отношению к эмиттеру транзистора 15, диод 18 заперт, база-эмиттерный переход транзистора 15 открыт тем же начальным током. В результате в цепи эмиттера транзистора 15 протекает максимальная амплитуда импульсного тока, состоящего из суммы начального тока и тока, протекающего по цепи: плюс источника питания 2, резистор,16, открытый коллектор-эмиттерный переход транзистора 15 и база-эмиттерный переход транзистора 13. Таким образом, транзистор 13 работает в ключевом режиме с повышенной частотой формирователя прямоугольных импульсов.

При открытом состоянии транзисторного усилителя 13 от источника питания 2 через стабилитрон 22 защитный диод 20 и эмиттер-коллекторный переход транзистора 13 протекает зарядный ток коммутирующего конденсатора 3, который заряжается до величины напряжения источника питания

2. В этот промежуток времени дополнительный транзистор 21 закрыт и в коллекторную цепь транзистора 13 введено достаточно большое сопротивление 14. Когда транзистор 13 закрывается, коммутирующий конденсатор 3 разряжается через исполнительный орган 4 (реле) и открытый эмиттерколлекторный переход дополнительного транзистора 21, .что уменьшает постоянную времени разряда конденсатора 3. В результате исполнительное реле 4 срабатывает и своим контактом

27 замыкает цепь нулевого расцепи10 теля 28 автоматического выключателя

29, позволяя подачу напряжения в электрическую цепь. В случае снижения сопротивления изоляции 30 сети до опасной по условиям безопасности ве15 личины оперативный ток превышает максимальную амплитуду импульсов эталонного тока Э т . Так как разрядный ток коммутирующего конденсатора 3 че рез исполнительное реле 4 исчезает, 2О якорь его отпадает, контакты 27 разрывают цепь расцепителя 28, что вызывает отключение выключателем 29 защищаемой сети. При повреждениях всех элементов схемы блока контроля ак 5 тивного сопротивления изоляции, и, кроме того, элементов узлов блока компенсации, после которых присоединен фильтр переменного тока 19, например, источника питания и генераЗО тора, также происходит отключение сети, так как питание исполнительного реле возможно только при работе транзисторного.усилителя 13 в режиме пе.реключения при периодическом перезаряде коммутирующего конденсатора 3, что не выполнимо при наличии повреждения. Вследствие э ого устройство защиты от утечек обеспечивает защитный отказ, что препятствует эксплуатации электроустановок с неисправ40 ным устройством, в результате чего повышается безопасность эксплуатации сети. Кроме того, значительно снижается мощность транзисторного усилителя 13, так к".к при скрытом состоянии в его коллекторную цепь вводится достаточно большое сопротивление. Это позволяет уменьшить мощность, выделяемую на этом сопротивлении, что снижает температуру вну1ри аппарата, и, следовательно, увеличивается era надежность функционирования.

При изменении распределительной емкости сети изменяется эквивалентная емкость, вносимая в колебательный контур генератора повышенной частоты. B связи с этим меняется собственная частота этого контура, по мере приближения собственной частоты к частоте задающего генератора напряжение на его выходе увеличивается, ток, пропорциональный этому напряжению, усиливается усилителем

24 и подается на обмотку управления компенсирующего дросселя 9. Таким

65 образом, ток в обмотке управления, 974487 в а следовательно, и его индуктивность линейно зависят от емкости сети.

Предложенное техническое решение с присоединением управляющего входа формирователя прямоугольных сигналов к блоку компенсации через фильтр пе- 5 ременного тока позволяет обеспечить самоконтроль исправности элементов не только схемы блока контроля активного сопротивления изоляции, но и элементов блока компенсации емкост-10 ных токов. Причем источник питания и генератор повышенной частоты являются наиболее ответственными элеМентами блока компенсации. Самокон-, троль исправности их элементов мо- жет быть осуществлен наиболее просто выполнением фильтра переменного тока в виде дополнительной обмотки колебательного контура генератора повышенной частоты. Кроме того, пред- О ложенное решение упрощает схему уст-. ройства защиты от утечек в целом, так как позволяет отказаться от необходимости иметь специальный автономный источник повышенной частоты. 25

В связи с этим повышается не только функциональная, но и общая надежность устройства.,Питание блока контроля изоляции и блока компенсации производится от одного и того же трансформатора, включенного до автоматического выключателя ° Это обеспечивает предварительную настройку автоматического компенсатора в резонанс с емкостью магистрального кабеля до включения автоматического выключателя, что также обеспечивает повы-. шение безопасности эксплуатации подземной сети.

Таким образом, устройство защиты от утечек в трехфазной электрической 40 сети обладает более высокой надежностью в выполнении функции защиты от поражения электрическим током и быстродействием.

Формула изобретения

1. Устройство для защиты от утечки тока в трехфазной электрической сети, содержащее блок контроля активного сопротивления изоляции, включающий в себя источник питания, к которому подключен коллекторно-эмиттерный переход транзисторного усилителя через резистор, параллельно с которым соединены стабилитрон и исполнительный орган, к одному из выводов которого через первый диод подключена одна обкладка коммутирующего конденсатора, источник оперативного тока, присоединенный между сетью и землей через параллельно включенные второй диод и база-эмиттерный переход транзисторного усилителя, к точке соединения базы транзисторного усилителя и катоду второго диода подключен выход источника импульсного тока, блок компенсации емкостного тока утеч ки, включающий в себя генератор ïîâûшенной частоты, соединенный с входом усилителя, подключенного между сетью и землей через фильтр присоединения, выход усилителя подключен к обмотке управления компенсирующего дросселя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы и быстродействия, источник импульсного тока выполнен в виде формирователя прямоугольных сигналов, управляющий вход которого соединен с генератором повышенной частоты через вновь введенный фильтр переменного тока, а коллектор транзисторного усилителя подключен к другой обкладке коммутирующего конденсатора через вновь введенный защитный дйод, параллельно эмиттерно-базовому переходу вновь введенного дополнительного транзистора, коллектор которого соединен с источником питания.

2. Устройство по п. 1, о т л и — ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения фильтр переменного тока выполнен в виде дополнительной обмотки колебательного контура генератора повышенной частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Колосюк В.П., Шурин Э.С., Чупика A.Н. Безопасная эксплуатация шахтных электроустановок. Киев, Техника, 1980, с. 29-32.

2. Там же, с. 37-42.

974487

Составитель Jl. Васькова

Редактор М. Бандура Техред И.Гайду Корректор Г. Решет ник

Заказ 8727/73 Тираж 669 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-Э5, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4