Устройство для защиты трехфазной нагрузки от обрыва фазных цепей и пробоя изоляции на корпус
Изобретение относится к области электротехники - релейной защите электроустановки, может быть использовано для защиты трехфазных электроустановок при опасном снижении сопротнвлення изоляции по отношению к корпусу или при обрыве цепей, связывающих нагрузку с устройством управления . Цель изобретения - повышение на3 (/
69 (30 (д) 4 Н 02 Н 3/14, 7/09
ОПИСАНИЕ. ИЗОБРЕТЕНИР "
Н АВТОРСКОМУ СИИДДТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И СТКРИТЮ, {2l) 3847548/24-07
{22) 16.01.85 (46) 23.09.86. Бюл. У 35 .(71) Оренбургский сельскохозяйственный институт
{72) В.Г. Петько
{53} 621.316.925 (088.8)
156) Авторское свидетельство СССР
Ф 549854, кл. Н 02 Н 7/00, 1973.
Авторское .свидетельство СССР 9 995193, кл. Н 02 Н 7/09, Н 02 Н 3/14, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОЙ
НАГРУЗКИ ОТ ОБРЫВА ФАЗНЫХ ЦЕПЕЙ И
ПРОБОЯ ИЗОЛЯЦИИ НА КОРПУС (57) Изобретение относится к области электротехники — релейной защите электроустановки, может быть использовано для защиты трехфазных электроустановок при опасном снюкении сопротивления изоляции по отношению к кор- . пусу или при обрыве цепей, связывающих нагрузку с устройством управления. Цель изобретения — повышение наI 259386
ЗО дежности путем обеспечения устойчивого состояния ключа и непрерывного контроля изоляции. Устройство содержит магнитный пускатель 5, контакты которого включены в цепь питания электроустановки, а катушка присоединена к одной фазе сети до и после силовых контактов пускателя 5 и к ключу 1, а также к одному из входов порогового блока 4. Остальные входы порогового блока 4 присоединены к двум другим фазам сети и к вторичной обмотке трансформатора 8 тока нулевой последовательности, Выход порогового блока 4 и выход формирователя 3 сигнала управления через элемент ИЛИ
Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам автоматической защиты электроустановок, и может быть использовано для защиты электродвигателей и других трехфазнь»Х нагрузок при опасном сни— .женин сопротивления изоляции по отношению к корпусу или при обрыве цепей, связывающих нагрузку с устройством управления.
Цель изобретения — повышение надежности путем обеспечения устойч»лного состояния ключа переменного тока и непрерывного контроля изоляции.
На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для защиты трекфазной нагрузки от обрыва фазных цепей и пробоя изоляции на корпус.
Устройство содержит ключ 1 переменного тока, который может быть выполнен на симисторе, оптроне, электромагнитном реле или, как в известном устройстве, на тиристоре, диод— ный элемент ИЛИ 2, формирователь 3 сигнала управления, пороговый блок
4, магнитный пускатель 5, первый диод 6, первый резистор 7 и трансформатор 8 тока нулевой последова ельности, включенный первичными обмотками в цепь 9 тока трехфазной нагрузки, имеющей по отношению к заземленному корпусу эквивалентное сопротивление 10 изоляции. Выход ключа 1 пеI
2 присоединены к управляющему входу ключа 1. Устойчивое положение ключа
1 достигается введением в пороговый блок 4 дух цепей из двух последовательно включенных диодов 21, 22 и
23, 24, Общий вход блока 4 присоединен к нулевой точке системы и нулевой шине источника питания. Непрерывный контроль изоляции ооеспечивается введением трансформатора 8 тока нулевой последовательности, вторичная обмотка которого включена между нулевой шиной источника питания и четвертым входом порогового блока 4.! з.п. ф-лы, 1 ил. ременного тока через катушку 11 магнитного пускателя 5 связан с входом формирователя 3 сигнала управления, анодом диода 6 и одной из фаз питающей сети, которая, в свою очередь, связана через последовательно соединенные диод 6 и резистор 7 и через силовой контакт 12 магнитного пускаетля 5 с одним иэ выводов трехфазной нагрузки. Два других вывода нагрузки связань» с первым и вторым входами порогового блока 4 и через силовые контакты 13 и 14 магнитного пускателя — с двумя другими фазами электрической сети. Третий вход порогового блока присоединен к выходу ключа, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 2, а входы элемента ИЛИ
2 попарно соединены с выходами формирователя сигнала управления и порогового блока, четвертый вход которого присоединен к одному из выводов вто- ричной обмотки трансформатора 8 тока нулевой последовательности. Другой вывод обмотки и общие входы ключа, формирователя сигнала управления и порогового блока присоединены к нулевой шине источника питания.
Формирователь 3 сигнала управления содержит первый конденсатор 15, подключенный параллельно цепи из двух последовательно соединенных в одном направлении второго 15 и третьего 17 диодов, при этом анод диода 16 под3 1259 ключен к выходу формирователя, а катод диода 17 — к его общему входу.
Точка соединения диодов через второй резистор 18 и выключатель
19 подключена к входу формирователя сигнала управления. Пороговый блок содержит второй конденсатор 20, включенный между общим входом и выходом блока, к шесть диодов 21-26, объединенных в три цепи, каждая из которых состоит из двух диодов, соединенных последовательно в одном направлении. Первая цепь (четвертый 23 и пятый 24 диоды) шунтирует конденсатор 20 в направлении от общего входа к выходу порогового блока. Вторая (шестое 21 и седьмой 22 диоды) и третья (восьмой 25 и девятый 26 диоды) цепи шунтируют конденсатор 20 в обратном направлении, а точка соединения диодов первой цепи соединена через третий 27 и четвертый 28 резисторы соответственно с первым и вторым входом порогового блока. Точка соединения диодов второй цепи через пятый резистор 29 соединена с третьим входом порогового блока, а точка соединения диодов третьей цепи через шестой резистор 30 — с четвертым входом порогового блока. При этом сопротивления резисторов 27((,) и
28(R><.) ввиду симметрии первого и второго входов порогового блока равны между собой
386 4
Устройство работает следующим образом.
Выключатель 19 устанавливается в замкнутое состояние и с помощью рубильника (не показан ) на клеммы А, В и С подается трехфаэное напряжение электрической сети. Пад действием этого напряжения через выключатель 19 и резистор 18 протекает переменный ток, отрицательная полуволна которого через диод 16 заряжает кон) денсатор 15 отрицательно по отношению к нулевой шине.
Отрицательное напряжение с обкладки конденсатора )5 поступает через диод 32 логического элемента ИЛИ 2 на вход ключа, который устроен таким образом, что при напряжении на его входе меньше нуля по отношению к общему входу сопротивление между его общим входом и выходом бесконечно велико, т.е. ключ закрыт.
В результате этого катушка ll магнитного пускателя, подключенная к выходу ключа, обесточена, контакты
13, .12 и 14 магнитного пускателя рао замкнуты и нагрузка отключена.
Одновременно с этим под действием напряжений на входах порогового блока через резисторы 27-30 и диоды
21, 23 и 25 на обкладку конденсатора 20, присоединенную к выходу блока, поступают токи 3,» 3 и З э, результирующее значение которых
35 а =R Я (+) (1) т яО
Сопротивление резистора 7(R ) по условию срабатывания устройства при. обрыве второй и третьей фазных цепей защищаемой нагрузки меньшее минимально допустимого сопротивления изоляции нагрузки (Я
Так как сопротивление катушки магнитного пускателя по изложенному условию, как минимум, на два порядка меньше сопротивления резистора 29, к нему катушку магнитного пускателя при закрытом ключе приложено практически полное напряжение электрической сети, а поэтому ток
4
Ф.9 (4) т
"aors
Значение тока, проходящего через
5о диод 6, резистор 7, первую, вторую и третью фазные цепи нагрузки, резисторы 27 и 28 и диод 23, определяется выражением
1 (", .8
55 ц ((р — + р + т (Q)
R т к H аоть
Элемент ИЛИ выполнен на диодах
3l и 32, присоединенных анодами к выходу элемента, а катоды диодов образуют первый и второй входы логического элемента.
При обрыве цепи первой фазы или обеих цепей второй и третьей фаэ (8) 1
- 2Ъ 2.1 (1) 50
S 12
ЭлеКТрИчесКОЙ нагрузКИ ТОКИ Д2т И 3 а следовательно, и ток 3 равны нулю. Поскольку при отключенной нагрузке ток нулевой последовательности отсутствует, то ток 3 такие равен нулю.
Таким образом, результирующий ток
3,, поступающий на обкладку конденсатора 20, целиком определяется током .), и конденсатор 20 заря:кается отрицательно по отношению к общей вине °
Отрицательное напряжение с выхода порогового блока через диод 31 логического элемента ИЛИ поступает на вход ключа. Включить нагрузку в сеть в этом случае невозможно, так как при размыкании выключателя 19 исчезает отрицательное напряжение на выходе формирователя сигнала управления,.но такое ие отрицательное напряжение остается на выходе порогового блока, и ключ под действием этого напряжения остается закрытьи.
При обрыве второй или третьей фазиых цепей нагрузки токи 1 или
2т равны нулю. В обоих случаях ток
0 U (21 >
23 gP яя, "т
1о до так как знаменатель первой. дроби больше знаменателя второй п робн при любых значениях сопротивлений Й
R, и g, но при условии, что т 01о »
30hРезультирующий ток заряда конденсатора 3,, как н в первом случае, меньше нуля и конденсатор 20 заряжен отрицательно. На входе ключа отрицательное напряжение, поэтому включение нагрузки невозможно.
При снижении сопротивления изоляции ниже допустимого и при отсутствии обрыва фазных цепей электрической нагрузки ток
О U (— =31, 23 ОР RR, 8+RA,+ Й2Й,+ 1О "а вследствие того, что 8 „, В результате и в этом случае нагрузка не получает питание. Очевидно, что она не подключается к сети и тогда, когда наряду с пониженным сопротивлением йзоляции оборвана хотя бы одна иэ фаэных цепей нагруэ" ки.
59386 4
При исправном состоянии изоляции и отсутствии обрыва фаэных цепей наг1 руэки ток
Результирующий ток заряда конденсатора становится положительным, конденсатор по отношению к общей вине заряжается положительно и на вход ключа (вследствие того, что диод 31 логического .элемента ИЛИ), сигнал отключения с выхода порогового блока ие поступает.
В этом случае при размыкании выключателя 19 с выхода формирователя на вход ключа такие не поступает сигнал отключения и ключ открывается. Сопротивление между его общим
20 входом и выходом уменьшается до нуля, вследствие чего катушка магнитного пускателя получает питание и контакты замыкаются.
Электрическая нагрузка получает питание и Ток через резистор 29 и диод 21 уменьшается до нуля, так как напряжение на выходе ключа в открытом состоянии .близко к нулю. Под .действием переменного напряжения электрической сети увеличивается ток через диод 23 до величины т
Д
Положительное напряжение на
29 выходе порогового блока при этом еще более увеличивается, чем обеспечивается четкое удерживание ключа во включенном состоянии.
Число витков вторичной обмотки трансформатора тока нулевой последо40 вательности н сопротивление резистора 30 подобраны таким образом, что при токе утечки иа корпус меньше допустимой величины тока утечки, определяемой допустимват значением сопро45 тивления изоляции, через резистор 30 и диод 25 протекает ток сЭ (—
0 R (a)
При этом результирующий ток заряда конденсатора 20 положителен, и на вход ключа сигнал от трансформатора тока нулевой последовательности. не проходит.
При снижении сопротивления изоляции на работающем электродвигателе увеличивается ток утечки и ток .)
25 становится больше тока - 2, и конденсатор 20 переэаряжается. С вы10
Составитель
Техред М.Хо
Корректор В. Бутяга
7 1259 хода порогового блока на вход ключа поступает отрицательное напряжение, под действием которого ключ закрывается, катушка магнитного пускателя обесточивается, и магнитный пускатель, 5 разомкнув контакты, обесточивает нагрузку.
Формула и э обретения
1. Устройство для защиты трехфазной нагрузки от обрыва фазных цепей и пробоя изоляции на,корпус, содержащее ключ переменного тока, выход которого через катушку магнитного 15 пускателя соединен с входом формирователя сигнала управления и одной из фаэ питающей сети, связанной через замыкающий контакт магнитного пускателя и последовательно соединенные 20 первый диод и первый резистор с одним из выводов трехфазной нагрузки, второй и третий выводы которой соединены соответственно с первым и вторым входом порогового блока, а через 25 второй и третий замыкающие контакты
t магнитного пускателя — с второй и третьей фазами питающей сети, логический элемент ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом ключа, первый и второй входы попарно соединены соответственно с выходом формирователя сигнала управления и выходом порогового блока, общие входы которых и общий вход ключа присоеди- 35 иены к нулевой шине источника тока, причем формирователь сигнала управления содержит эашунтированную первым конденсатором цепь иэ двух последовательно соединенных в одном на- 40 правлении второго и третьего диодов, присоединенную анодом второго диода к выходу, катодом третьего диода— к общему входу, точкой соединения двух диодов через последовательно соединенные второй резистор и выключатель — к входу формирователя сигнала управления, а пороговый блок содержит включенный между общим входом и выходом второй конденсатор и 50
386 8 третий, четвертый и пятый резисторы, первые выводы которых образуют соответственно первый, второй и третий входы порогового блока, а вторые выводы третьего и четвертого резисторов объединены, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности защиты путем повышения устойчивого состояния ключа переменного тока, в пороговый блок введены две цепи, каждая из которых состоит из двух последовательно соединенных в одном направлении четвертого и пятогд, шестого и седьмого диодов, при этом катод, четвертого диода и анод шестого диодов подключены к выходу порогового блока, анод пустого диода и катод седьмого диода присоединены к общему входу порогового блока, точка соединения четвертого и пятого диодов подключена к вторым выводам третьего и четвертого резисторов, точка соединения шестого и седьмого .диодов подключена к второму выводу пятого резистора, а третий вход порогового блока соединен с выходом ключа.
2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повы- . шения надежности путем непрерывного контроля изоляции, в него дополнительно введены трансформатор тока нулевой последовательности, первичные обмотки которого включены в цепь тока трехфазной нагрузки, а вторичная обмотка включена между нулевой шиной источника питания и дополнительно введенными четвертым входом порогового блока, дополнительно снабженного шес-гым резистором, вось-. мым и девятым диодами, при этом первый вывод шестого резистора образует четвертый вход порогового блока, второй вывод шестого резистора подключен к общей точке согласно включенных восьмого и девятого диодов, причем анод восьмого диода подключен к выходу порогового блока, а катод девятого диода — к общему входу порогового блока.
Л. Бондаренко данич
Заказ 5132/53 Тираж 612
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Подписное
Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
