Способ защитного отключения электрической сети при прикосновении к ней человека

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к средствам электробезопасности , и предназначено для защиты че. гонека от поражения электрическим током, преимущественно в электрических сетях с изолированной не1(тралью напряжением до 1200 В. Целью изобретения является повышение электробе опасности и надежности ра

СО1ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 H 02 H 5/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

lO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4125848/24-07 (22) 29.09.86 (46) 15.03.88, Вюл, - 10 (71) Читинский политехнический институт (72) Ю,Г.Вацежев, A.Г.1(ашкин и И.Ф.Суворов (53) 621.316.925(088.8) (56) Лейбов Г.1 1. Утечки в шахтных электрических сетях. Углетехиздат, 1952, с.143-152.

Авторское свидетельство СССР

9 675512, кл. Н 02 H 3/17, 1976, „„SU„„1381644 А 1 (54) СПОСОН ЗЩИТНОГО ОТЕЛЮЧЕНИЯ

3.1ЕЕТРИЧЕСЕОЙ СЕТИ 11РИ Г1ГИКОСНОВЕНИИ

К 11ЕЙ 1ВЛОВЕЕА (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам электробезопагнагти, и предназначено для защиты че: опека ат поражения электрическим такам, преимущественно в электрических сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1200 В, Целью изобретения является повышение электробезопасности и надежности ра1381 боты электрических сетей путем сокращения числа необоснованных отключений и достоверного определения прикосновения человека к токоведущей фазе сети. Время протекания тока утечки можно разбить на два участка: момент прикосновения к токоведущей фазе и установившийся режим. В момент прикосновения человека возникает импульс тока, который указывает на пробой кожного покрова. В установившемся режиме, вследствие уменьшения сопротивления тела человека, ток утечки нарастает с постоянной скоростью.

Импульс тока с первого порогового элемента 3 поступает на дифференциру644 ющую цепь 8, 9, а затем на операционный усилитель второго селектора импульсов 5, с которого сигнал поступает на второй пороговый элемент

6. Селектор импульсов 4 контролирует медленную скорость нарастания тока утечки и получает сигнал с порогового элемента 3. При наличии сигналов на выходах селектора импульсов

4 и порогового элемента 6 логический блок И 7 вырабатывает сигнал на отключение сети. Предлагаемый способ обеспечивает сокращение простоев технологического оборудования и повышает безопасность при обслуживании электрических сетей. 2 ил, Изобретение относи ся к электротехнике, а именно к средствам электробезопасности, и предназначено для защиты человека от поражения электрическим таком, преимущественно в электрических сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1200 В.

Цепью изобретения является повышение электробезопасности и надежности работы электрических сетей путем сокращения чис а необоснованных отключений и достоверного определения прикосновения человека к токоведущей фазе сети.

Способ основан на возникновении импульса тока в момент прикосновения человека к такаведущей фазе, Импульс тока связан с пробоем кожного покрова человека под действием напряжения выше 42 В. В результате пробоя кожного покрова сопротивление человека резко снижается от величины в десятки килоом до величины 1,5- 0,4 кОм.

Сопротивление тела человека зависит от времени его нахождения под электрическим токам и ат установившегося напряжения, приложенного к человеку, и определяется сопротивлением его внутренних органон, т.е. в момент пробоя в токе, протекающем через тело человека, появляется импульс, а затем происходит нарастание тока, причем скорость нарастания пропорцианальна установившемуся значению напряжения прикосновения, 2

В случае утечки тока, например, связанной с увлажнением изоляции электрической сети минерализованной влагой, происходит нарастание тока, 5 как и при случайном прикосновении человека к токоведущей фазе, а это, в свою очередь, приводит к ложному отключению сети, простою технологического оборудования. При изменении двух величин параметров импульса утечки (минимальное значение амплитуды фронта импульса 5 мА, а длительности — не более 2 мс) и скорости нарастания тока утечки повышается !

5 достоверность определения прикосновения человека к токоведушей фазе, На фиг.1 приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 а б — осциллограммы токов, Устройство содержит источник 1 оперативного тока, присоединительный фильтр 2, первый пороговый эле25 мент 3, первый селектор 4 импульсов, выполненный в виде дифференцирукицего звена и нуль-органа; второй селектор импульсов 5, выполненный ъ виде дифференцирующего звена, на выходе которого включен операционный усилитель (ОУ), второй пороговый элемент 6, выполненный на основе триггера Канди с элементами задержки выходного сигнала по времени, логи35 ческий блок И 7.

1381644

15

55

Первый пороговый элемент предназначен для подачи сигнала на отключение в случае недопустимого снижения сопротивления изоляции электрической сети, дифференцируюшее звено первого селектора импульсов предназначено для контроля скорости нарастания оперативного тока, а нульорган служит для сравнения действительной скорости нарастания оперативного тока с допустимой, задаваемой уставкой. Второй селектор импульсов предназначен для регистрации в текущей величине оперативного тока импульса тока, вызванного прикосновением человека к токоведущей фазе, формирования запускающего импульса для второго порогового устройства и усиления его. Второй пороговый элемент вырабатывает сигнал на выходе только в том случае, если амплитуда и длительность импульса тока утечки характерны для случая ка-сания человека токоведущей фазы сети (амплитуда фронта 5 мА, время длительности фронта 2 мс). Логический блок И вырабатывает сигнал на отключение сети в том случае, если на его входы поступают два сигнала: с второго порогового элемента и с первого селектора импульсов.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

Случай, когда человек не касает- . ся токоведущей фазы электрической сети.

Величина переменного оперативного тока определяется полным сопро40 тивлением изоляции фаэ сети по отношению к земле и симметричной либо несимметричной утечкой. При снижении сопротивления изоляции сети ниже предельно допустимого значения

45 возрастает величина оперативного тока, которая превышает первую эталонную величину, и первый пороговый элемент 3 вырабатывает сигнал на отключение электрической сети.

Случай, когда человек прикоснулся к токоведущей фазе.

Распознавание причины, вызвавшей уменьшение сопротивления иэоляции сети, достигается тем, что при электропоражении происходит пробой кожного покрова (эпидермиса и дермы) человека и его сопротивление скачкообразно изменяется, а затем спадает с постоянной скоростью.

Осциллограммы токов, протекающих через человека при включении его в электрическую цепь постоянного и переменного тока, приведены на фиг,2а и 2б соответственно. Из приведенных кривых на фиг.2 видно, что время протекания тока утечки можно разбить на два участка: момент прикосновения к токоведущей фазе и установившийся режим. В момент прикосновения человека возникает импульс тока, который указывает на пробой кожного покрова. Передний фронт этого импульса представляет собой резкий, практически мгновенный скачок тока. Минимальное значение амплитуды фронта импульсного тока оценивается величиной

5 мА, а максимальное время длительности фронта не более - мс. В установившемся режиме вследствие умень шения сопротивления тела человека ток утечки нарастает с постоянной с<оростью, которая колеблется от 1 до

200 мА/с, Распознавание касания человека к токоведущей фазе по предлагаемому способ основано на измерении параметров указанных двух режимов — скорости нарастания импульса тока и скорости нарастания тока в установившемся режиме.

Импульс тока с первого порогового элемента 3 поступает на дифференцирующую цепь 8, 9, а затем на операционный усилитель второго селектора 5 импульсов, с которого сигнал поступает на второй пороговый элемент 6. При этом параметры дифференцирующей цепи 8 и 9 и коэффициент усиления ОУ подбирается так, чтобы в самом неблагоприятном случае (амплитуде фронта импульса 5 мА и длительности фронта 2 мс) сигнал, пришедший с селектора 5 импульсов, был достаточен для запуска порогового элемента 6, который выполнен в виде триггера Канди. Таким образом, контроль параметров импульса тока утечки производится на основе подбора параметров дифференцирующей цепи селектора 5 импульсов. Триггер Канди обладает следующими положительными свойствами, благодаря которым он использован в устройстве: очень высокая чувствительность (несколько де— сятков милливольт), очень малый гистерезис; при прекращении действия

1381644 запускающего импульса триггер переходит в исходное состояние, Конденсаторы 10, 11 и резисторы 12, 13 второго порогового элемента 6 служат

5 для формирования по амплитуде и длительности запускающего сигнала. С второго порогового элемента 6 сигнал поступает на перный вход логического блока И, на второй вход которого поступает сигнал с первого селектора 4 импульсов, параметры которого подобраны таким образом, что он не реагирует на импульс тока, связанный с моментом прикосновения человека к фазе сети. Для согласования вс времени двух входных сигналов логи- еского блока И используется конденсатор 1ч и резисторы 15, 16, 17, которые выполняют роль элементов задержки, Выбор их величин производят так, тобы время от закрытия транзистора 18 второго lloporoaoro элемента б до закрытия транзистора

19 ..огичс ского блока И было равно или g5 че;ко:, †.ько больше Бремени срабатывания первого селектора 4 импульсов.

Вс -п1чи|п.l элементов 15 и 14 определяют — „, стс1янную времени от закрытия

70 oткрытия транзисторов 18 и 19 соо гнс гетвс нно, а величины элементов

I, 16 и 17 сс".ïðîòèâëåíèå резистора (1 I!oc roIIII>!oem — постоянную нремс ни от открытия до закрытия транэпс тороп 18 и 19 соответственно.

Се. ектор ч импу ьсов контролирует Io;IJ!c!II!y!o cKopocть нарастания тока утечки и получает сигнал с порогового элемента 3. Сигнал, попадая на вход дифференцирующего звена пер40 ного селектора 4 импульсов, дифференцируется, и на выходе селектора поян яется прямоугольный импульс напряжения. Величина этого импульса пропорциональна скорости нарастания оперативного тока и, следовательно, персмснному току сети, протекающему через человека, а его длительность определяется общим временем срабатывания устройства защитного отключения электрической сети. С выхода диф- 5О ференцирующего звена первого селектора 4 импульсов импульс напряжения подается на вход нуль-органа селектора ч импульсов, который сравнивает его параметры с заданными и при 55 их превышении подает команду на нгорой вход логического блока И 7.

Нуль-орган настраивается на минимальное значение скорости нарастания тока утечки от 1 до 1О мА/с, что соответствует предельно безопасным то-кам для различных людей. При наличии сигналов на обоих входах логический блок И 7 вырабатывает сигнал на отключение сети.

Предлагаемый способ защиты отключения сети может быть использован и в сетях постоянного тока, в которых в качестве оперативного тока может быть использован переменный ток.

Использование предлагаемого способа защитного отключения сети при случайном прикосновении к ней человека по сравнению с известным позволяет снизить число необоснованных отключений сети и повысить бесперебойность электроснабжения путем повьппения достоверности определения случайного прикосновения человека к токоведущей фазе. Способ обеспечивает сокращение простоев технологического оборудования и увеличение безопасности при обслужинании электрических сетей. формула и з о б р е т е н и я

Способ защитного отключения элекгрической сети при прикосновении к ней человека, основанный на наложении оперативного тока с частотой, отличной от частоты сети, измерении, преорразовании и сравнении его с первой эталонной величиной и формировании отключающего сигнала в случае превышения над первой эталонной величиной, измерении скорости нарастания оперативного тока, протекающего через человека в установившемся режиме, преобразовании его н электрический сигнал, сравнении полученного сигнала с второй эталонной величиной и формировании выходного сигнала в случае превышения над второй эталонной величиной, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения электробезопасности и бесперебойности работы электрических сетей путем сокращения числа необоснованных отключений их и достоверного определения прикосновения человека к токоведущей фазе сети, дополнительно производят измерение скорости нарастания импульса оперативного тока, вызванного пробоем кожных покровов человека в момент прикосновения, 1381644

VVVWWVWVVVVWV VWV б

МС

VVVVVVVVVVVV V V а фиГ 2

Составитель Ю,Зорин

Редактор И.Рыбченко Техред JI.Ñeðäþêoâà Корректор Г.Решетник

Заказ 1190/52 Тираж 650 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4 преобразование его в электрический сигнал, сравнение полученного сигнала с третьей эталонной величиной и, в случае превышения ее, формирование

5 дополнительного сигнала и формирование отключающего сигнала при появлении дополнительного и выходного сигналов.