Устройство для защиты от утечки тока на землю (корпус) в сети постоянного тока

 

) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ УТЕЧКИ ТОКА НА ЗЕМЛЮ (КОРПУС ) В СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА по авт.св. № 904067, отличающее ся тем, что, с цепью повышения помехоустойчивости при изменении питающего напряжения в контролируемой сети, в него дополнительно введены конденсатор. подключенный между выходом рабочей секции вторичной обмотки трансформатора и вторым полюсом контролируемой сети, второй пороговый элемент и расширитель импульсов, выполненные на операционных усилителях, а также логический элемент 2И, причем пороговые элементы подключены к средней точке секций вторичной обмотки трансформатора разнополярными входами, выход одного из пороговых элементов присоединен к одному из входов логического элемента 2И, а выход другого порогового элемента подключен к неинвертирующему входу расширителя импульсов, выход которого подключен к второму входу логи-g ческого элемента 2И, присоединенного (Л выходом к входу исполнительного органа.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3< В Н 02 Н 3/17

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО, ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 904067 (21) 3530570/24-07 (22) 03.01.83 (46) 30.05.84. Бюл. 9 20 (72) В.О.Жидков, IO.Н.Ильин, Н.A.Щур и h.В.Багаутдинов (71) Восточный научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности (53) 621.316.925(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 904067, кл. Н 02 Н 3/17,20.05.80. (54)(57.) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ

УТЕЧКИ ТОКА НА ЗЕМЛЮ (КОРПУС 1 В СЕТИ

ПОСТОЯННОГО ТОКА по авт.св. Р 904067, отличающее с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости при изменении питающего напряжения в контролируемой сети, в него дополнительно введены конденсатор, „„SU„„2 А подключенный между выходом рабочей секции вторичной обмотки трансформатора и вторым полюсом контролируемой сети, второй пороговый элемент и расширитель импульсов, выполненные на операционных усилителях, а также логический элемент 2И, причем пороговые элементы подключены к средней точке секций вторичной обмотки трансформатора разнополярными входами, выход одного из. пороговых элементов присоединен к одному из входов логического элемента 2И, а выход другого порогового элемента подключен к неинвертирующему входу расширителя импульсов, выход которого подключен к второму входу логи-

Я ческого элемента 2И, присоединенного выходом к входу исполнительного органа.

1095293

Изобретение относится к электротехнике, а именно, к средствам защиты от утечек на землю и поражения электрическим током при однополюсном прикосновении к токоведущим частям.

По основному авт.св. В 904067 известно устройство, содержащее генератор тока пониженной частоты, подключенный к раздеЛительному трансформатору, рабочая и компенсирующая секции вторичной обмотки которого соединены последовательно, включены через конденсаторы между одним из полюсов сети и землей (корпусом) операционный усилитель, присоединенный инвертирующим входом к средней точке между рабочей и компенсирукщей секциями разделительного трансформатора,а выходом — к положительному органу: снабженное датчиком

; напряжения, анализатором несимметрии, задатчиком уставки, промежуточным транзистором, логическим элементом, реализующим логическую функцию у=

=Х „ Xz+ Х „ Xp и двумя дополнительными операционными усилителями, причем выход задатчика уставки соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, выбранного с большим входным сопротивлением, а вход — с коллектор-эмиттерной цепью промежуточного транзистора, база которого подключена к выходу логического элемента, подсоединенного двумя входами к выходам дополнительных операционных усилителей, а третьим входом — к блокирующей цепи датчика напряжения, при этом дополнительные операционные усилители подключены инвертирующими входами к катодам диодов, аноды которых присоединены к делителю напряжения анализатора несимметрии, а компенсирующая и рабочая секции вторичной обмотки разделительного трансформатора включены согласно. Данное устройство имеет высокую чувствительность при контроле сопротивления изоляции в сетях с изменяющейся полярностью напряжения по полюсамГ1 3.

Однако это устройство имеет существенный недостаток, заключающийся в наличии апериодической составляющей во входном токе порогового устройства независимо от соотношения проводимостей изоляции по полюсам. Это обусловлено протеканием зарядного и разрядного токов через разделительный конденсатор при изменениях напряжения контролируемой сети, что при применении порогового устройства, реагирующего на сигнал одной полярности приводит к ложным срабатываниям схемы при скоростях изменения напряжения более 100 В/с.

Эаглубленне входа порогового устройства повышает помехоустойчивость, 45

65 конденсаторы 5 и б к полюсам сети, а конец компенсирующей секции 4 через регулируемый. конденсатор 7, предназначенный для полной компенсации емкости сети, присоединен к земле. К средней точке секций подключены входы пороговых элементов, на операционных усилителях 8 и 9 и регулируемый резистор 10, образующий с резистором 11 делитель напряжения в задатчике 12 уставки., Выход порогового элемента 8 присоединен к входу расширителя 13 импульсов.

Выход порогового элемента 9 присоединен к одному из входов логического элемента 14, выполненного по схеме 2И, к второму входу которого присоединен выход расширителя 13 импульсов. Выход логического элемента 14 присоединен с входу исполнительного органа 15. Вход задатчика

12 уставки через коллектор-эмиттероднако при этом резко снижается его чувствительность.

Цель изобретения « повышение помехоустойчивости защиты при изменении питающего напряжения в контролируемой сети.

Указанная пель достигается тем, что в устройство для защиты от утечки тока на землю (корпус ) в сети постоянного тока, дополнительно вве10,дены конденсатор, подключенный между выходом рабочей секции вторичной обмотки трансформатора и вторым полюсом контролируемой сети, второй пороговый элемент и расширитель им15.пульсов, выполненные на операционных усилителях, а также логический элемент 2И, причем пороговые элементы подключены к средней точке секций вторичной обмотки трансформатора разнополярными входами, выход одного иэ пороговых элементов присоединен к одному нэ входов логического элемента 2И, а выход другого порогового элемента подключен к неинвертирующему входу расширителя импульсов, выход которого подключен к второму входу логического элемента 2И, присоединенного выходом к входу исполнительного органа.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 и

3 — соответственно диаграммы напряжений в основных узлах схемы при снижении сопротивления изоляции сети и при изменениях напряжения

35 в переходных режимах в контролируемой сети. устройство состоит из источника

1 оперативного тока пониженной частоты, подключенного к первичной обмотке трансформатора 2, Вторичная обмотка трансформатора состоит из двух секций - рабочей 3 и компенсирующей 4, включенных согласно. Начало рабочей секции 3 подключено через

1095293 ную цепь промежуточного транзистора

16 присоединяется к земле. Базовая цепь транзистора 16 включена на выход элемента 17 логики, реализующего логическую функцию у Х „Х +Х X

2 1 2

Две входные цепи 18 и 19 элемента

17 логики подключены к выходам вспомогательных усилителей 20 и 21, входы которых подключены к точкам A u

В делителя напряжения анализатора

22 несимметрии сопротивления изоля- 10 ции по полюсам. Вход 23 элемента

17 логики подключен к блокировочиому контакту датчика 24 напряжения.

Контролируемая цепь образована активными 25 и 26 и емкостными 27 и

28 сопротивлениями изоляции полюсов системы генератор-двигатель 29 и 30.

Питание операционных усилителей и элементов логики может осуществляться от отдельного источника питания (не показан1.

Включение дополнительного"конденсатора б позволяет исключить появление апериодической составляющей входного тока во время изменения контролируемого напряжения при одинаковых. сопротивлениях изоляции полюсов.

Ток, пЬступающий на входы пороговых устройств 8 и 9 при колебаниях напряжения контролируемой сети со скоростью E>t в операторной форме определяется выражением 3 (2

E(q p+e

42 р ++6 р+ в 2 R R2 C p (C1 С1 J; й1= Cp(R„R2 J;

b>=2RВ Р R CP(C+C Д< 6 =2R С (R+R )

0 1 40

RÄ R2 - сопротивления изоляции полюсов относительно земли (25 и 26);

С„С вЂ” емкости изоляции полюсов относительно земли (27 и 281;

Ñp- емкость разделительного конденсатора (5 и 6) .

Анализ приведенного выражения показывает, что если сопротивления и емкости изоляции по полюсам не равны, то по входным цепям пороговых устройств протекает ток, направление и величина которого зависит от сочетания направления (знака и скорости изменения напряжения сети, а также характера и величины асимметрии пара-55 метров изоляции полюсов.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии (замыкание на землю или утечка в сети отсутству-60 ет},оперативное напряжение, подаваемое от средней точки рабочей 3 и компенсирующей 4 секцией на входы пороговых элементов 8 и 9 оказывается ниже порога их срабатывания, определяемого задатчиком 12 уставки. Анализатор 22 несимметрии при этом выдает сигнал положительной полярности на вход усилителя 20 и отпирает его, а на вход усилителя

21 поступает сигнал отрицательной полярности, вследствие чего он оказывается запертым. Поэтому на входы

18 и 19 элемента 17 логики поступают сигналы, соответствующие логическим "1" и "0". При этом элемент

17 не выдает сигнала и транзистор

16 закрыт.

При симметричном снижении сопротивлений изоляции полюсов сети переменное напряжение, поступающее на входы пороговых элементов 8 и 9 начинает возрастать» После превышения амплитудой переменного напряжения

U>кУставок срабатывания0срв, Псаэ пороговых элементов 8 и 9 они начинают попеременно отпираться соответствен но от отрицательной и положительной полуволн напряжения0 . При этом на

sx выходах пороговых элементов 8 и 9 появляются прямоугольные импульсы апРЯжениЯ0вьив явь!кв сДвинутые дРуг относительном друга на 20 мс, т.е. на длительность одного полупериода переменного напряжения, частота которого 25 Гц (фиг. 2). С целью обеспечения нормальной работы логического элемента 14 необходимо последовательности импульсов на выходах пороговых элементов 8 и 9, сдвинутых друг относительно друга, совместить по времени. Для этого служит расширитель 13 импульсов, выполненный на операционном усилителе, включенном по схеме ждущего мультивибратора (одновибратора ), имеющего одно устойчивое и одно квалиустойчивое состояния

Короткие импульсы 0sdrxв поступающие на вход расширителя 13 импульсов, расширяются ло времени настоль— ко (UBd

При несимметричном снижении сопротивления изоляции по полюсам или при однополюсном прикосновении человека уставки срабатывания пороговых элементов 8 и 9 должны по условиям безопасности автоматически повышаться.

Достигается это следующим образом.

При снижении сопротивления изоляции 25 (на полюсовом полюсе) потенциал точки А относительно земли в анализаторе 22 несимметрии начинает

1095293

50 .55 х снижаться. Когда потенциал точки снижается до такой величины, что на вход операционного усилителя 20 поступает сигнал меньше его порога срабатывания, то на выходе усилителя появляется отрицательное напряжение, соответствующее логическому нулю.

При этом на входы 18 и 19 логического элемента 17 поступают сигналы логических нулей., а на выходе появляется положительный потенциал.

Вследствие этого транзистор 16 открывается и шунтирует резистор

11 задатчика 12 уставки. Последнее приводит к снижению напряжения смещения на пороговых элементах 8 и 9, а следовательно, к увеличению уставки срабатывания устройства.

В случае снижения сопротивления изоляции 26 (на минусовом полюсеJ и достижением им некоторого значения, потенциал точки В в анализаторе

22 несимметрии возрастает до такой величины, при которой на выходе операционного усилителя 21 появляется положительное напряжение, соответствующее логической "1". Элемент 17 прн этом также выдает положительный потенциал и отпирает транзистор 16. В дальнейшем схема работает аналогично.

При отсутствии напряжения в контролируемой сети на входах усилителей 20 и 21 управляющие сигналы не поступают. Поэтому они заперты, а следовательно, на входы 18 и 19 логического элемента 17 поступают .сигналы, соответствующие логическим

"0" и "0". При таком сочетании элемент 17 на выходе должен выдавать сигнал, отпирающий транзистор 16, который завышает уставку срабатывания устройства. Однако в данном случае (напряжение отсутствует) завышение уст авки не требуется, следовательно, необходимо исключить работу элемента 17 в таком режиме.

Достигается это посредством включения в качестве блокировки заиикающего контакта датчика 24 напряжения ,на третий вход логического элемента

17, который может работать только при подаче питания через замкнутый контакт датчика 24 напряжения. Поэтому настройкой датчика 24 напряжения на определенное напряжение срабатывания (например на 110 В, накладывается блокировка работы схемы корректировки уставки при напряжения менее 110В.

Таким образом, устройство обеспе.чивает защиту сети or симметричных утечек, а также от несимметричных утечек и поражения электротоком с автоматическим повышением уставки

5 срабатывания.

При переходных режимах в контролируемой сети, т..е. при больших скоростях изменения напряжения в сети, при условии несимметрии параметров изоляции по полюсам разделительные конденсаторы 5 и 6 не в состоянии полностью исключить появление апериодической составляющей во входном

15 напряжении (фиг. 3). Так при возрастании напряжения сети (от точки С до точки Д) на входной сигнал(!„ час-. тотой 25 накладывается положительная апериодическая составляющая, вслед20 ствие чего положительная полуволна результирующего напряжения0 „ достигает уставки срабатыванияб„„ порогового элемента 9. На выходе его появляются импульсы0х„,„,поступающие

25 на вход логического элемента 14.

Однако на второй вход логической схемы сигнал08,,„„,от расширителя импульсов не поступает, так как пороговый элемент 8, реагирующий на отрицательную полуволну, не срабатывает ввиду того, что отрицательное значение амплитуды результирующего напряжения0 оказывается меньше х уставки срабатывания0 8 порогового элемента 8. Следовательно, логический элемент 14 не выдает сигнал на исполнительный орган 15. При снижении напряжения сети на входной сигнал частотой 25 Гц накладывается отрицательная апериодическая составля40 ющая. Напряжение О „превышает уставку срабатывания порогового элемента

8 н на выходе его, а также на выходе расширителя 13 импульсов, появляютсН импульсы 0 1 . Но TBK как 0 „.

45 достигает уставки срабатывания порогового элемента 9, то на его выходе импульсы напряжения отсутствуют и логический элемент 14 не срабатывает.

Таким образом, обеспечивается помехозащищенность схемы при переходных режимах в контролируемой сети.

Использование предлагаемого устройства повышает злектробезопасность и снижает аварийность при эксплуатации сетей.

1095293

Ьык. 9

Vie 9

Составитель Д. Чекарьков

Редактор И.Касарда ТехредЖ.Кастелевич Корректор И.Шулла

Заказ 3685/37 Тираж 614 Подпи сное

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