Устройство для защиты человека от поражения электрическим током в сети с электродвигателем

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕКА ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ В СЕТИ С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содержащее блок заземления каждой фазы, выполненный на двух йстречно-параллельных тиристорах и последовательно соединенном с ними резисторе, реле времени, замыкающий контакт которого включен в цепь питания отключающей катушки автоматического выключателя, магнитный пускатель, определитель поврежденной фазы, выполненный на разделительном трансформаторе, первичная обмотка которого через диод соединена с управляющим электродом и катодом соответствующаго тиристора блока заземления, а вторичная обмотка через первый транзистор и формирователь положительных имп:ульсов, состоящий из последовательно соединенных стабилитрона , резистора и диода, - с вторичными обмотками первого входного трансформатора н импульсного трансформатора с прямоугольной петлей гистерезиса, первичная обмотка которого пoдключeнaJ через второй транзистор , стабилитрон и диод к вторичной обмотке второго БХОДНОГО трансформатора , первичная обмотка которого включена между фазой и землей, отличающееся тем, что, С целью повьшения электробезопасности путем задержки времени на размыкание силовых контактов магнитного пускателя и повьшения надежности электроснабжения , в него введень.1 источник оперативного тока - выпрямительный мост, присоединительный фильтр, пороговый элемент, два блокировочных реле, ключевой блок, блок распознава НИН причин утечки тока, выполненный в виде дифференцирующего звена, к С выходу которого подключен его реагирующий орган, элемент И, к выходу которого присоединен исполнительный орган,на первый вход элемента И включен первый замыкающий контакт первого блокировочного реле, в SStSffl& , цепи питания последнего включены ±5 два параллельно соединенных замыкаю«ssf щих контакта первый контакт порогового элемента и второй контакт первого блокировочного реле, а на второй вход элемента И включен первый 00 замыкающий контакт второго блокиро вочного реле, в цепи питания которого включены два папаллельно соеди ненных зa шкaющиx контакта - контакт реагирующего органа блока распознавания причины утечки тока и второй контакт второго блокировочного реле, при этом ключевой блок вьшолнен в виде выпрямительного моста , включённого со стороны электродвигателя , резистора и конденсатора. Подключенного на выход вьтрямительного моста и параллельно катушке магнитного :пускателя: через после

COlO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (ll) З(51) Н 02 Н 5 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABT0PGH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3452183/24-07 (22) 17.06,82 (46) 30,04,84, Бюл. У 16 (72) И.Ф.Суворов, Ю.Г.Бацежев, А.Г.Машкин, Ю.Н.Ильин и В.Ф.Кузин (71) Читинский политехнический институт (53) 621.316.925 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 746801, кл. Н 02.,Н 5/12, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

В 65?517, кл. Н 02 Н 5/12, 01 08,76 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕКА ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

В СЕТИ С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содержащее блок заземления каждой фазы, выполненный на двух встречно-параллельных тиристорах и последовательно соединенном с ними резисторе, реле времени, замыкающий контакт которого включен в цепь питания отключающей катушки автоматического выключателя, магнитный пускатель, определитель поврежденной фазы, выло.лненный на разделительном трансформаторе, первичная обмотка которого через диод соединена с управляющим электродом и катодом соответствующего тиристора блока заземления, а вторичная обмотка через первый транзистор и формирователь положительных импульсов, состоящий из последовательнс соединенных стабилитрона, резистора и диода, — с вторичными обмо-.ками первого входного трансформатора и импульсного тран" сформатора с прямоугольной петлей гистерезиса, первичная обмотка которого подключена1 через второй транзистор, стабилитрон и диод к вторичной обмотке вто1: зги входного трансформатора, первичная обмотка которого вклю— чена межцу фазой и землей, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения электробезопасности путем задержки времени на размыкание силовых контактов магнитного пускателя и повышения надежности электроснабжения, в него введеньi источник оперативного тока — выпрямительный мост, присоединительный фильтр, пороговый элемент, два блокировочных реле, ключевой блок. блок распознава ния причин утечки тока, выполненный в виде дифференцирующего звена, к выходу которого подключен егo реагирующий орган, элемент И, к выходу которого присоединен исполнительный орган, на первый вход элемента И включен первый замыкающий контакт первого блокировочного реле, в цепи питания последнего включены два параллельно соединенных замыкаьзщих контакта " первый контакт порогового элемента и второй контакт первого блокировочного реле, а на второй вход элемента И включен первый замыкающий контакт второго блокиро" вочного реле, в цепи питания которого включены два папаллельно соедн. ненных замыкающих контакта "- кон« такт реагирующего органа блока распознавания причины утечки тока и второй контакт второго блокировочного реле, при этом ключевой блок выполнен в виде выпрямительного моста, включенного со стороны электродвигателя, резистора и конденсатора, подключенного на выход выпрямительного моста и параллельно катушке магнитного:пускателя: через последовательно соединенные размыкающии контакт вновь введенного промеж "точного реле, подключаемого к сети, и первый выходной замыкающий кон-такт исполнительного органа элемента И, вторые выходные замыкающие контакты которого включены в каждую фазу блока заземления, а источник оперативного тока присоединен между сетью и землей через последовательно соединенные присоединительный фильтр, пороговый элемент, второй выходной замыкающий контакт которого включен в цепи питания реле времени.

Изобретение относится к устройствам защиты человека а г поражения электрическим током и может быть использовано в системах электроснабжения с изолированной нейтралью. 5

Известно устройство, содержащее определитель поврежденной фазы сети определитель поврежденного фидера, выключатель питания фидера, источник оперативного тока, блок искус-. ственного заземления поврежденной фазы фидера (I)

К недостаткам данного устройства относится то, что оно не отличает однополюсное прикосновение человека к фазе сети от снижения изоляции, что приводит к неоправданному увеличению перенапряжений в сети.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройство., содержащее блок определителя поврежденной фазы, блок заземления каждой фазы, реле времени и автоматический выключатель "„2

25 („ t

Недостатком укаэанного устройства защиты является то, что при прикосновении человека к ответвлению электрической сети пускатель-электродвигатель и отключении пускателя (при снижении напряжения до 607. от номинального линейного) человек попацает под напряжение, которое длительное время продолжает поддерживаться асинхронным электродвигателем, т.е. 35 защитного шунтирования в этом случае не будет. К недостатка устройства следует отнести также то, что замыкание фазы осуществляется и при прикосновении к ней человека и при N повреждении или увлажнении изоляции фазы. В последнем случае замыкание фазы на землю производить нет необ ходимости, тем более, что при замыкании одной из фаз на двух других возникает бросок перенапряженйя от

1,7 Б„до 4 Ц,в, который снижает надежность и долговечность работы изоляциии электрической сети и приводит к ее пробою.

Цель изобретения — повышение электробезопасности путем задержки времени на размыкание силовых контак- тов магнитного пускателя и повышение надежности электроснабжения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты человека от поражения электрически током в сети с электродвигателем, содержащее блок заземления каждой фазы, выполненный на двух встречно-параллельHbIz тиристорах и последовательно со» единенном с ними резисторе, реле времени, замыкающий контакт которого включен в цепь питания отключающей катушки автоматического выключателя, магнитный пускатель, определитель поврежденной фазы, выполненный на разделительном трансформаторе, первич ная обмотка которого через диод соединена с. управляющим электродом и катодом соответствующего тиристора блока заземления, а вторичная обмотка через первый транзистор и формирователь положительных импульсов, состоя" щий из последовательно соединенных стабилитрона, резистора и диода с вторичными обмотками первого входного трансформатора и импульсного трансформатора с прямоугольной петлей гистерезиса, первичная обмотка которого подключена через второй транзистор, стабилитрон и диод к вторичной обмотке второго входного трансформатора, первичная обмотка которого

1089689 включена между фазой и землей, введены источник оперативного тока выпрямительный мост, присоединительный фильтр, пороговый элемент, два блокировочных реле, ключевой блок, 5 блок распознавания причины утечки тока, выполненный в виде дифференцирующего звена, к выходу которого подключен его реагирующий орган, логический элмент И, к выходу которого

10 присоединен исполнительный орган, на первый вход элемента И включен первый замыкающий контакт первого блокировочного реле, в цепи питания последнего включены два параллельно соединенных замыкающих контакта— первый контакт порогового элемента и второй контакт первого блокировочного реле, а на второй вход элемента

И, включен первый замыкающий контакт второго блокировочного реле, в цепи питания которого включены два параллельно соединенных замыкающих контакта — контакт реагирующего органа блока распознавания причины утечки тока и второй контакт второго блокировочного реле, при этом ключевой блок выполнен в виде выпрямительного моста, включенного со стороны электродвигателя, резистора и конденсатора, под- 30 ключенного на вход выпрямительного моста и параллельно катушке магнитного пускателя через последовательно соединенные размыкающий контакт вновь введенного промежуточного реле,g5 подключенного к сети, и первый выходной замыкающий контакт исполнительного органа логического элемента И, . вторые выходные замыкающие контакты которого включены в каждую фазу блока„, заземления, а источник оперативного тока присоединен между сетью и землей через последовательно соединенные присоединительный фильтр и пороговый элемент, второй выходной замыкающий 45 контакт. которого включен в цепи питания реле времени.

На чертеже изображена схема устройства на примере одной фазы совместно со схемой электрической сети.

Устройство состоит из нормально закрытых тиристоров 1-6, замьпсающих фазу с прикоснувшимся человеком на земл1п через ограничивающие сопрбтивления 7-9 (соответственно для фаз А,В и С) и через замыкающие конакты 10 исполнительного органа 11 логического элемента И 12. Управляющий электрод каждого тиристора 1-6 через диод 13, разделительный трансформатор 14, резистор 15 и транзистор 1б, а также через резисторы 17 и 18 соединен как с формирователем положительных импульсов, состоящим из стабилитрона

19, диода 20, резистора 21 и обмотки cd трансформатора 22, так и с вторичной обмоткой импульсного трансформатора 23. Первичная обмотка импульсного трансформатора 23 подключена через транзистор 24 и формирователь отрицательных импульсов, состоящий из диода 25, стабилитрона 26 и обмотки аЬ входного трансформатора 27 ° Трансформаторы 28 и 29 являют. ся входными для фаз В и С. Для питания цепей устроиства служат источники .30 питания.

Источник ЗI оперативного тока— выпрямительный мост включен между трехфаэной сетью и землей чЕрез последовательно соединенные и источником 31 оперативного тока пороговый элемент 32, присоединительный фильтр 33 и блок 34 распознавания причины утечки тока с реагирующим; органом 35.

Пороговый элемент 32 воздействует на замыкающие контакты 36 в цепи питания первого блокировочного реле

37, которое самоблокируется своим замыкающим контактом 38 и замыкает замыкающий контакт 39 в первой входной цепи логического элемента И 12, а также контакт 40 в цепи питания реле 41 времени.

Реагирующий орган 35 блока 34 распознавания причины утечки тока воздействует на первый замыкающий контакт 42 в цепи питания второго блокировочного реле 43, которое самоблокируется своим контактом 44 и замыкает замыкающий контакт 45 во второй входной цепи логического элемента И 12.

:Распознавание причины утечки тока основано на том, что ток утечки через повреждение изоляции достигает практически мгновенно установившегося значения, а через прикоснувшегося к фазе человека нарастает с определенной скоростью. Блок 34 распознавания причины утечки тока служит для контроля скорости нарастания оперативного тока через человека и выполнен в виде дифференцирующего звена.

Пороговый элемент 32 предназначен для контроля нижнего предела сопро1089689 тивления изоляции электрической сети относительно земли.

Ключевой блок 46 выполнен в виде выпрямительного моста 47, включенного на линейное напряжение сети со стороны электродвигателя 48, резистора

49 и конденсатора 50, подключенного на выход выпрямительного моста 47 и параллельно контакторной катушке 51 магнитного пускателя 52 через последа-10 вательно соединенные выходной замыкающий контакт 53 исполнительного органа 11 логического элемента И 12 и . размыкающий контакт 54 промежуточного реле, находящегося в схеме управле- 15 ния магнитного пускателя 52.

При замыкании контактов 55 реле 41 времени, замыкающих цепь питания отключающей катушки 56, происходит отключение автоматического выключателя 57, >0 включенного на выход силового понижаю. щего трансформатора 58.

Устройство работает следующим образом.

Если человек не касается фазы, то на вход устройства, например на зажимы С и Ъ, трансформатора 27 (фаза А) поступает синусоидальное напряжение порядка !О В. Напряжение база — эмиттер транзистора 24 имеет форму отрицательных прямоугольных импульсов, причем напряжение запирания стабилитрона 26 является уставкой срабатывания устройства.Пер— вичная обмотка импульсного трансфор35 матора 23, являясь нагрузкой транзис. тора 24, при поступлении отрицательных импульсов размагничивает сердечник трансформатора. По окончании каждого отрицательного импульса сердечник трансформатора будет находиться в отрйцательной части петли гистерезиса.

В промежутках между разь агничиваю шими импульсами во вторичную обмотку трансформатора 23 посылаются формиро45 вателем 19-21 положительные намагничивающие импульсы, открывающие тиристоры, например, 1 или 2 фазы A. Амплитуда напряжения этих импульсов подби- рается резистором 18 такой, чтобы в отсутствии касания человеком токове50 душей фазы намагничивание сердечника трансформатора 23 шло от отрицательной области петли гистерезиса в положительную до точки, близкой к точке насыщения сердечника. В этой точке индуктив ное сопротивление вторичной обмотки трансформатора 23 таково, что напряже. ниЕ управления тиристором, снимаемое с резистора 17 через транзистор 16, резистор 15 и разделительный трансфор матор 14, недостаточно для его отпирания.

При нормальном рабочем состоянии сопротивление изоляции электрической сети относительно земли достаточно высокое и через пороговый элемент 32 протекает ток, недостаточный для его срабатывания, силовые контакты магнитного пускателя 52 замкнуты, а кон- денсатор 50 находится в заряженном состоянии.

В случае возникновения утечки, например, на фазе А, вызванной прикосновением человека к фазе ответвления электрической сети пускательэлектродвигатель (условно показано одно ответвление), и невозможности самостоятельного освобождения человека от фазы напряжение фазы по отношению к земле снижается. Поэтому стабилитрон 26 и транзистор 24 будут закрыты и размагничивающие импульсы не будут поступать в первичную обмотку трансформатора 23. Положительный импульс от формирователя 19-2! приведет сердечник в состояние насыщения, при котором индуктивное сопротивление вторичной обмотки импульсного трансформатора 23 достаточно велико, что, в свою очередь, приведет к отпиранию транзистора 1, если кон" такты 1Î исполнительного органа 11 логического элемента И 12 будут замкнуты, то к замыканию фазы А на землю через ограничивающий резистор 7. Напряжение фазы еще раз снизится, поэтому размагничивающая обмотка будет бездействовать.

Положительные импульсы продолжают поступать во вторичную обмотку трансформатора 23 и тиристор I в эти полупериоды будет открыт. Поскольку в перерывах между положительными импульсами этот тиристор закрывается, то дпя устранения протекания через человека тока недопустимой величины в эти отрезки времени в схеме предусматривается еще один (идентичный рассмотренному ) полуканал с тиристором 2, открывающимся синхронно с запиранием первого тиристора. В этом полуканале питание формирователей

I импульсов снимается с зажимов аЬ и !

cd с входных трансформаторов 27 и

22. Величина оперативного тока утечки через пороговый элемент 32 при однополюсном прикосновении человека

1089689 к сети достигает величины срабатывания, и выходные контакты 40 замыкаются в цепи питания реле 41 времени, а контакты 36 — в цепи питания блокировочного реле 37. Последнее в свою 5 очередь самоблокируется контактами

38 и замыкает контакты 39 на первом входе логического элемента И 12.

При замыкании контактов 39 и 45 на исполнительном органе 11 логичес10 кого элемента И 12 появляется напряжение и его замыкающие контакты 10 в цепи блока заземления и 53 в цепи ключевого блока 46 замыкаются. В этом случае тиристор 1 открыт и через него 15 замыкается фаза А на землю, осуществляя защитное шунтирование тела человека.

В этом .случае утечки тока за счет повреждения изоляции или ее недапусти-20 мого увлажнения на выходе логического элемента И 12 напряжение будет отсутствовать, а контакты 10 исполнительного органа )I в цепи блока заземления и контакты 53 в цепи ключевого блока 46 — разомкнуты, Следовательно, защитного замыкания фазы на землю не произойдет и не будет броска перенапряжения на фазах.

Если утечка тока не самоустраняется в течение 0,75 с, то реле 41 времени замкнет контактами 55 цепь питания отключающей катушки 56 автоматического выключателя 57, который отключит электрическую сеть от силового пони- З5 жающего трансформатора 58. Общее время срабатывания реле 41 времени и автоматического выключателя 57 соглас но действующим правилам безопасности не должно превышать 0,2 с, 40

После раэмыкания силовых контактов автоматического выключателя 57 напряжение в сети не исчезает мгновенно.

Начинается групповой выбег электродвигателей, который продолжается до тех 4 пор, пока напряжение в сети не снизится до 0,6 Ц„ при котором отпадут подвижные магнитные системы контакторов пускателей и разомкнутся их силовые контакты. После раэмыкания силовых контактов магнитного пускателя 52 начинается индивидуальный выбег электродвигателя, при котором напряжение в сети будет также длительное время поддерживаться эа счет вращающегося па инерции электродвигателя.

При достижении напряжения 0,6 11и происходит отпускание якоря промежуточного реле, находящегося в цепи управления серийно выпускаемых магнитных пускателей, а замыкание ега контактов

54 в цепи разряда конденсатора 50 на кантактарную катушку 51 магнитного пускателя 52. Если на фазе А утечка эа счет касания .,-"=.лавека, то контакты

53 исполнительна:-а органа 11 логического элемента " 13 будут замкнуты и произойдет .азряд конденсатора 50. на контактов «уо катушку 51, при этом производите.-.: задержка времени íà pasмыкание контактов, т.е. замыкание фазы

А на землю при индивидуальном выбеге остается. Если утечка произошла по причине повреждения изоляции, то задержки времени на размыкание силовых контактов магнитного пускателя 52 не произойдет, так как контакты 53 исполнительного органа 11 логическага элемен-а И 12 разомкнуты.

В предлагаемом устройстве за счет использования блока распознавания утечки така и логического блока И значительна сскращается число бросков перенапряжений, которые могут быть причиной пробоя изоляции электрической сети, причиной простоев производственных агрегатов.

Таким образом, замыкание фазы на землю и задержка времени на отклю. чение пускателя обеспечивается не при любом отключении линии с электродвигателем, а только при прикосновении человека к токаведущей фазе, тем самым уменьшается частота бросков перенапряжений, выэванных искус.ственным замыканием фазы при сниже нии сопротивления изоляции относительно земг«и, например, из-за увлажненнасти,т:е. повышается надежность работы схемы электроснабжения и уровень электрабезапаснасти при эксплуатации электрических сетей, 1О89689

С ос тавит ель Д. Чек арьк ов

Редактор В.Петраш Техред С.Легеэа

Корректор Г.Решетник

Заказ 2947/51 Тираж 614 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

;по делам изобретений и открытий

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

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