Устройство для защитного отключения в трехфазной сети с изолированной нейтралью

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее включе1шый между нулевой точкой сети и землей датчик, выход которого через выпрямитель соединен с входом транзисторного ключа, к выходной цепи которого подключен реагирующий узел, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности работы в сетях с несимметрией фазных напряжений , датчик выполнен в виде индуктивного элемента с параллельно включенной дифференцирующей цепочкой из конденсатора и являющегося выходом датчика резистора, а реагирующий узел состоит из одновибратора, подключенного своим выходом к первому входу логического элемента 2И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с входом транзисторного усилителя, в выходной цепи которого включена первичная обмотка развязывающего t трансформа гора, две выходные обмотки которо го соединены через выпрямители с зттравляю- Л щими входами соответствующих симисторов, включенных между фазными проводами сети.

СОЮЗ GOBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

09) (11) 3(51) Н 02 Н 3 16 ъ;..

- 7,. с р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИф .; /

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ . " :..;, :::/

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ HOMNTET СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITMA (21) .3627576/24 — 07 (22) 29.07.83 (46) 15.10.84. Бюл. л 38 (72) Б. И. Косарев и А. В. Симаков (71) Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров железнодорожного транспорта (53) 621,316,925 (088.8) (56) 1. Шипунов Н. В. Защитное отключение.—

М., "Энергия", 1968, с. 66.

2. Там же, с. 55

3. Заявка Франции N 2299750 кл. Н 02 Н 3/16, опублик. 1976. ь

° °

° ° (54) (57,) УСТРОЙСТВО ДЛЯ 3А1ЦИТНОГО

ОТКЛЮЧЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ С

ИЗОЛИРОВ АННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее включенный между нулевой точкой сети и землей датчик, выход которого через выпрямитель соединен с входом транзисторного ключа, к выходной цепи которого подключен реагирующий узел, отличающее ся тем, что, с целью повышения надежности работы в сетях с несимметрией фазных напряжений, датчик выполнен в виде индуктивного элемента с параллельно включенной дифференцирующей цепочкой из конденсатора и являющегося выходом датчика резистора, а реагирующий узел состоит из одновибратора, подключенного своим выходом к первому входу логического элемента 2И вЂ” НЕ, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход — с входом транзис. торного усилителя, в выходной цепи которого включена первичная обмотка развязывающего е трансформатора, две выходные обмотки которо го соединены через выпрямители с управляющими входами соответствующих симисторов,включенных между фазными проводами сети.

1119115 и(„»

Изобретение относится к электротехнике и может быль использовано для защиты человека от поражения электрическим током при попадании под напряжение в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью, а также для отключения режимов, вызванных замыканием проводов сети на землю, пробоем изоляции на корпуса .заземленных электроустановок.

Известны устройства защитного отключения 10 трехфазных сетей с изолированной нейтралью, реагирующие на изменение напряжения фаз относительно земли )1 j .

Известны устройства, принцип работы которых основан на появлении принужденной составляющей напряжения нулевой последовательности, нанрнмер асимметр PA 74/2 завода

"Энергоприбор *, содержащий фильтр напряжения нулевой последовательности, включенное между искусственной нулевой точкой и зем- 2о лей электромагнитное реле, при срабатывании которого подается напряжение на обмотку более мощного реле, производящего отключение сети (2) .

Однако применение известных устройств не 25 возможно в сетях с несимметрией фазных напряжений. В этом случае постоянно изменяются напряжения фазных проводов относительно земли, напряжение нулевой последовательности достигает значительной величины и в неаварийных режимах. Более того, возможны режимы, когда при прикосновении человека к фазе с наибольшим сопротивлением несимметрия в сети снижается.

Наиболее близким по технической сути и предлагаемому является устройство для ойре35 деления дефекта изоляции между проводниками питания электрической машины, работа которого также основана на появлении принужденной составляющей напряжения нулевой

40 последовательности, содержащее включенный между нулевой точкой сети и землей резистнвный датик, а также выпрямитель, транзисторный ключ и реагирующий узел (3).

Выпрямленный сигнал с выхода датчика поступает на базу транзистора, в выходной цепи которого включены реле мощности и, загорающийся в аварийном режиме световой индикатор.

Ненадежность работы в сетях, характеризу- 5О ющихся несимметрией питающих напряжений.

Цель изобретения — повышение надежности работы устройств защитного отключения в сетях с несимметрией фазных напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве защиты, содержащем включенный между нулевой точкой сети и землей датчик, выход которого через выпрямитель соединен с входом транзисторного ключа, к выходной цепи которого подключен реагирующий орган, датчик выполнен в виде индуктивного элемента с параллельно включенной дифференцирующей цепочкой из конденсатора и являющегося выходом датчика резистора, а реагирующий узел состоит из одновибратора, подключенного своим выходом к первому входу логического элемента 2И вЂ” НЕ, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход — с входом: транзисторного усилителя, в выходной цепи которого включена первичная обмотка раэвязывающего трансформатора, две выходные. обмотки которого соединены через вьптрямители с управляющими: входами соответствую. щих симисторов, включенных между, фазными проводами сети.

В предлагаемом устройстве информационным сигналом, свидетельствующим об аварийной ситуации, служит не напряжение смещения нейтрали, а скорость изменения тока через фильтр напряжения нулевой последовательности.

Данный ток фунционально связан с током через тело попавшего под напряжение человека (составляет часть or него). Основным элементом датчика скорости изменения указанного тока является включенный между искусственной нулевой точкой и землей индуктивный элемент.

При попадании человека под фаэное напряжение, замыкании проводов на землю на индуктивности появляется скачок напряжения, рассчитываемый по формуле

d1 и цв где i — ток, протекающий через индуктивность.

Анализ электромагнитных процессов в таких сетях показывает, что переходной ток i может быть рассчитан по формуле

V„„gu Ь, . а, 1=J Я ! — 1

«в;п(у, t,iy ц expl- —,1 ! с 1 при

М 1((4ЬМи) рм 2о2„+24э7„+374 7о

1= ;2

2э Э Z ii32

Z4ý ВЕ+ Вр+ "ов

Вэ = Н (2э) при u = 314 с

Ró Ве(2 ) при И >ca

1119115 где Lt, R), L), R —

2„ ч, 4 1 оь индуктивность и активное сопротивление питаю.щего трансформатора и трехфазной нагрузки; полное сопротивление изо-.5 ляции нулевого провода и проводов электрической сети; начальная фаза напряжения, к которому прика- lo сается человек; максимальное значение фазового напряжения; . сопротивление человека, сопротивления растека- 15 ния с ног и обуви; время; круглая частота свободных колебаний;

Ч вЂ” аргумент сопротивления 2 .

Э при (д = 314 с .;

С вЂ” расчетная емкость сети.

Попадание человека под фазное напряжение приводит к возникновению скачка напряжения .25 иа индуктивном элементе, значительно превышающего напряжение на нем в нормальном режиме работы, вызванное несимметрией фазных напряжений.

При включении однофазной нагрузки, напри- 30 мер осветительной (лампы накаливания), скачка напряжения на индуктивном элементе практически не бывает.

При включении трехфазной нагрузки, носящей активно-индуктивный характер (обмотки двига. ч5 теля), одновременное замыкание контактов ком- мутационного устройства приводит к возникновению переходного процесса в сети. Однако, так как сопротивления и индуктивности фаз обмоток трехфазной нагрузки обычно равны 4О между собой, ток свободной составляющей через индуктивность не изменяется, скачка напряжения на ней нет..

При неодновременном включении фаз трехфазной нагрузки из-за наличия в цепи включе-. ннъ индуктивности электродвигателя уровень напряжения на индуктивности датчика сутцественно ниже, чем при прикосновении человека.

Трехфазная нагрузка обладает емкостью отно-. сительно земли. В момент включения емкость>0 не заряжена. Напряжение на ней, согласно второму закону коммутации, скачком измениться не может. Следовательно, в момент включения (t = О) напряжение источника питания распределяется между индуктивностями датчика, питающего трансформатора и электродвигателя (L, 1 и 1 соответственно).

Таким образом при прикосновении человека к фазному напряжению (в момент t = 0) напряжение на индуктивности Lg может быть рассчитано по приближенной формуле

U = Н sing °

L,g

Ь при включении же активно-индуктивной нагрузки

И Ч ° sing„.

Lg "ь я т 1 ф

Наличие во втором случае в знаменателе дроби L>g позволяет отстроиться от пусковых режимов активно-индуктивной трехфазной

1 нагрузки, так как 0, м О

На чертеже приведена элекГрическая схема устройства.

В состав устройства входят датчик скорости изменения тока, соединенный через диодный мост 1 с транзисторным ключом, в выходную цень которого включен реагирующий узел.

В качестве индуктивности датчика используется первичная обмотка импульсного трансформатора, включенная между искусственной нулевой точкой, полученной с помощью фильтра напряжения нулевой последовательности, и землей. К вторичной обмотке импульсного трансформатора подсоединена дифференцируюшая цепочка, выходной резистор которой является входом транзисторного ключа. В состав реаги-у рующего узла входит одновибратор 2, включающий в себя RS-триггер и схему его сброса, выход одновибратора соединен с входом логического элемента 2И вЂ” НЕ 3, второй вход которого подключен к выходу генератора 4 тактовых импульсов, а выход — к входу транзисторного усилителя 5, выход которого в свою очередь соединен через развязываюшнй трансформатор и диодные мосты 6 и 7 с управляющими элек-! тродами симисторов, включенных между фазньгми проводами сети.

Устройство работает следующим образом.

Возникающее в аварийном режиме резкое изменение тока через фильтр вызывает скачок напряжения на первичной обмотке импульсного трансформатора, Напряжение вторичной обмотки трансформатора дифференцируется RC-цепочкой (это позволяет более четко выделить резкое приращение напряжения) и после вы-. прямления поступает на вход транзисторного ключа. Прн достижении этим сигналом величины уставки срабатывания устройства транзистора открывается. Появившийся на выходе транзисторного ключа нулевой потенциал переводит триггер одновибратора 2 в состояние логиче кой единицы. Единичный сигнал с выхода Q триггера попадает на один иэ входов элемента

1119115

Составитель Л. Васькова

Техред А. Бабинец 1Фрректор А. Знмокосов

Редактор Л. Веселовская

Тираж 613 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 7467/41

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

2И вЂ” НЕ 3. При этом через элемент йроходит последовательносгь формируемых генератором

4 импульсов. Едийичпый сигнал с выхода поступает и на вход схемы сброса, назначение которой — установка триггера в первоначаль- 5 ное состояние логического нуля. Это происходит после того, как через элемент 3 проходит па ка импульсов от генератора 4. Время нахождения триггера в единичном состоянии должно быть больше времени нахождения на входе S триггера нулевого сигнала, а следовательно, больше длительности возникающего на индуктивности датчика скачка напряжения.

Проходящие через элемент 3 импульсы пошщают.на вход транзисторного усилителя 5. Ведо- >5 мый этими импульсами усилитель работает s ключевом режиме, осуществляя ряд переходов из открытого состояния в закрытое и наоборот. В результате этого на включенной в нагрузочную цепь выходного транзистора первич. 2О ной обмотке развязывающего трансформатора и на его выходных обмотках появляются скачки напряжения. После выпрямления диодными мостами 6 и 7 эти сигналы попадают

Ь на управляющие электроды симисторов, включенных между фазными проводами сети.

Симнсторы переходят в открытое состояние, в сети возникает режим искусственного короткого замыкания между фазами, приводящий .к срабатыванию автоматического выключателя.

Пачки управляющих импульсов используются для обеспечения большей надежности срабатыва- ния симисторов. Уровень усгавки срабатывания устройства регулируется базовым сопротивлещ - ем транзисторного ключа так, чтобы обеспечивать его нахождение в неаварийном режиме в закрытом состоянии.

Использование в составе устройства вместо световой индикации о неисправности вышеопи-" санного реагирующего узла также .позволяет повысить безопасность обслуживающего персо нала.

Применение устройства позволит существенно повысить электробезопасность обслужив ния трехфазных сетей с изолированной нейтралью, ) характеризуюппкся несимметрией фазных напряжений.