Устройство для защитного отключения в сети переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в частности для защиты от поражения электрическим током. Цель изобретения - повышение надежности защиты. При отсутствии утечки тока а защищаемой сети устройство для защитного отключения работает s режиме самоконтроля неисправности, который осуществляется следующим образом. Сигнал с импульсного выхода преобразователя 9 поступает на.дополнительный первичный провод датчика 1 тока утечки и наводит в его вторичной обмотив импульсное напряжение повышенной частоты, которое через операционный усилитель 2 и первый выпрямитель 3 поддерживает элемент НЕ 11 в состоянии логического О, поступающего на первый вход элемента ИЛИ 12. Прямоугольные импульсы повышенной частоты с выхода операционного усилителя 2 поступают через согласующий каскад 5 на вход выпрямителя 6, поддерживая сигнал на его выходе на уровне логического О, поступающего на второй вход элемента ИЛИ 12, который, таким образом, удерживает на своем выходе логический О, поступающий на вход мультивибратора 13, обеспечивая срыв генерации импульсов и, следовательно, закрытие ключа 14. Ток через катушку 16 отключения при этом ограничивается внутренним сопротивлением блока 7 питания. Выход из - строя датчика 1 тока утечки, операционного усилителя 2, фильтра 4 сигнала промышленной частоты, элементов НЕ 1 и ИЛИ 12, а также блока питания (прекращение генерации высокочастотных импульсов преобразователем 9, короткое замыкание в элементах 8, 9, 10) приводит К увеличению тока, протекающего через катушку 16 отключения, вызывает отключение защищаемой сети. 1 ил.

у с.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН,.80„„ыщя (51)5 If 02 Н 3 16

Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbtTHRM

ПРИ ГКНТ СССР .ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМ У СВйДЕТЕЛЬСТВУ (46) 1 5. 01. 93. Бюл. Р 2

{21) 4255149/07 (22) 31.03.87 (72) Г.К.Дашин, С.И.Цыганков, В.Н.Недосеков, A.Г.Порошенко, С;Ф.Панфилов и T.В.Еремина (5б) Авторское свидетельство СССР

1I 705587, кл, И 02 И 3/16, 1977»

Авторское свидетельство СССР

И . 955327, кл. Н 02 И 3/16, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДОЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ В СЕТИ ПЕРЕИЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в частности для защиты от поражения электрическим током. Цель изобретения — повышение надежности защиты. . При отсутствии утечки тока в защищаемой сети устройство для защитного отключения работает s режиме самоконтроля неисправности, который осуществляется следующим, образом. Сигнап с импульсного выхода преобраэо-

° вателя 9 поступает на.дополнительный первичный провод датчика 1 тоха утечки и наводит в его вторичной обмотке импульсное напряжение повышенной частоты, которое через операционный усилитель 2 и первый выпрямитель

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться, в частности цля защиты от поражения электрическим током.

Цель изобретения — повышение на», дежности защиты, На чертеже представлена функциональная схема устройства.

И 8 9

3 поддерживает элемент НЕ 11 в состоянии логического "0", поступавшего на первый вход элемента ИЛИ 12. Прямоугольные импульсы повышенной частоты с выхода операционного усилителя

2 поступают через согласующий каскад

5 на вход выпрямителя б, поддерживая сигнал на его выходе на уровне логического "0", поступающего на второй вход элемента ИЛИ 12, который, таким образом, удерживает на своем выходе логический "0", поступающий на вход мультивибратора 1,3, обеспечивая срыв генерации импульсов и, следовательно, закрытие ключа 14. Ток через катушку

16 отключения при этом ограничивает- а ся внутренним сопротивлением блока 7 питания. Выход из строя датчика 1 тока утечки, операционного усилителя

2, фильтра 4 сигнала промышленной частоты, элементов HE Il и ИЛИ 12, а также блока питания (прекращение . генерации высокочастотных импульсов преобразователем 9, короткое замыкание в элементах 8, 9, 10) приводит к увеличению тока, протекающего через катушку 16 отключения, что вызывает отключение защищаемой сети.

I нл.

Устройство содержит датчик 1 тока утечки, операционный усилитель 2, первый выпрямитель 3, фильтр g сигнала промышленной частоты, выполненный иа согласующем каскаде 5 и втором выпрямителе 6, блок 7 питания, включающий в себя третий выпрямитель 8, импульсный преобразователь 9 со сглаз !484240 живающим фильтром и стабилизатор 10 напряжения. элемент НЕ 11, элемент

ИЛИ 12, мультивибратор !3, ключ 14 и коммутационный блок 15, содержащий катушку 16 отключения и контактную группу.17.

Устройство работает следующим образом.

Прй включении коммутационного 10 блока 15 (при замыкании контактной группы !7) с одной из фаз входной сети питающее напряжение поступает на вход третьего выпрямителя 8 блока

7 питания. Выпрямленное напряжение с 15 выхода выпряиителя 8 поступает на вход импульсного преобразователя 9 со сглаживающим фильтром, на импульсном выходе которого (до сглаживающе»

1о Фильтра) формируется последова- 20 тельность импульсов (сигнал самоконтроля) с частотой следования, равной, например, 2 кГц. С этого выхода им- ., пульсный сигнал поступает на допол" нительный первичный провод датчика 1 25 тока утечки, а также на сглаживающий

LC-фильтр для формирования на дру, гои ныходе преобразователя 9 постоянного напряжения. Постоянное напряжение с выхода преобразователя 9 посту- 3ц пает на стабилизатор 10 напряжения, обеспечивающий стабилизацию выходного постоянного напряжения блока 7 питания, предназначенного для питания электронной части устройства.

При отсутствии утечки тока в защнщае" иой сети устройство для защитного отключения работает в режиие самоконтроля исправности. Самоконтроль устройства осуществляется следующим щ образом. Сигнал с импульсного выхода преобразователя 9 поступает на допол нительный первичный провод, проходя-! ций через центральное отверстие датчика I тока утечки, и наводит.в его вторичной обмотке импульсное и@пряже" ние. С выхода датчика импульсноенапряжение (сигиал самоконтроля). поступает .на один из входов операционно- го усилителя 2, на другой вход которого поступает опорное (Пороговое) напряжение Е „, определяющее уставку срабатывания устройства pfla защитноФ

ro отключения по току утечки. Амплитуда импульсов сигнала самоконтроля превышает уровень порогового напряжения, поэтому на выходе операционного усилителя 2 будет формироваться последовательность импульсов прямоугольиой формы с амплитудой, близкей к уровню питающего напряжения. С выхода операционного усилителя импульсный сигнал поступает на вход перного выпрямителя 3, иа выходе котороro будует формироваться.постоянное напряжение, поддерживающее элемент ИЕ ll в состоянии логического "0 иа его выходе. Импульсный сигнал самоконтроля с выхода операционного усилителя

2 поступает также на вход фильтра 4 сигнала промьпилеиной частоты (на вход согласующего каскада 5). С ныхода согласующего каскада 5 сигнал самоконтроля поступает на вход выпрямителя 6 сигнала промышленной частоты, параметры RC-фильтра которого выбраны таким образом, что уровень сигнала самоконтроля с частотой, например, 2 кГц уменьшается на выходе выделителя до уровня логического "0".

Таким образом, при отсутствии утечки тока в защищаемой сети или при токе утечки, меньшем уставки срабатывания, на обоих входах элемента=ИЛИ !2 будут поддерживаться уровни логических

".0", и на выходе элемента ИЛИ 12 будет также уровень логического "0".

Иультивибратор 13 при этом находится в режиме срыва нанерации выходных и пульсон, и ключ 14 будет закрыт. По катушке 16 отключения коммутационного блока 15 проходит ток, величина которого обусловлена внутреннии сопротивлением блока 7 питания. Величина этого тока недостаточна для сраба-. тывания катушки 16 отключения; при этом контактная группа 17 коммутаци онного блока 15 замкнута и обеспечивает поступление напряжения сети с контактов АВСО на выходные контакты

А В 1С!О и далее на защищаемый участок сети. При неисправности датчика

I тока утечки (обрыв или замыкание его вторичной обмотки), при неисправности операционного усилителя 2 поступление импульсного сигнала самоконтроля на вход выпрямителя 3 прекратится, уронень сигнала на erî ныходе уменьшится до. нуля, а уровень сит нала на выходе элемента НЕ 11 станет равным логической "1 . На выходе элемента ИЛИ 12 при этом появится уровень логической ")", что вызовет генерацию импульсов мультинибратором

13. Ключ !4 откроется и ток, протекающий по катушке 16 отключения, увеличится, так как его величина уже

/ ие булет огранйчпваться ннутренннм со блока питания, замкнутого накоротко ключом 14. Увеличение: тока через катушку 16 отключения вы" .

5 зовет срабатывание коииутацнонного блока 15 (раэилкание контактной группы 17) и отключение участка защищаемой сети, а такыре отключение самой катушкк 36 отключения. При необходк- 333 мости световой сигнализации об отклю" чении участка эащищаеиой сети параллельно катушке 36 отключения и контакту, обеспечивающему ее подключение к выходу ключа 14, мотет быть - 35 включен индикатор, например неоновая лампа с ограничивающим резистором.

При неисправгостн блока 7 питания (обрывы, замыкания элементов в вЫпряиителе 8, преобразователе 9, стабили- 20 заторе !О напряаения) формирование импульсного сигнала самоконтроля прекращается вследствие изменения по» тенциалов между анодои и катодом ти-. ристора в преобразователе 9. Напри- 25 мер, замыкание (илк обрыв) элементов выпрямителя .8 .вызывает либо отсутст-. вие напряжения нв аноде тиристора, либо повииение напряжения пульсаций. При этом изменение разности по- . ЗО тенциа3 ов на электродах тиристора приводит к тому, что он либо закрыт, .либо постоянно открыт, что вызывает срыв генерации импульсов самоконтроля. Аналогичное действие оказывает повреждение элементов по цепи катода тнристора. Дроссель во вреия генерации импульсов поддераивает ток в.момент перехода .через нулевой уровень разности потенциалов анод-катод ти- 40 ристора, вызывая закрытие тиристофа а, прн окончании формнрованйя импульса.

Поэтому изменение его индуктивностн прн повреждении (пробой). такке приводит к срыву генерации. K . сры- ак ву генерации приводит и отказ самого тиристора в блоке преобразователя 9. При этом напряаение на выходе первого выпрямителя 3 уменьшится до уровня логического "О", чтО БО вызовет срабатывание катушки,16 отключения. Конденсатор сглакквавщего фильтра, установленный на выходе импульсного преобразователя 9, выбран такии образом, что заряд, накопленный на нем, Обеспечивает питание элементов HE 11, ИЛ!1 12, мультивибратора 13 и ключа 14 на время, необходи, мое для срабатывания коммутационного

14 842 чО в блока 15. Таким образом, нелспр; ность импульсного преобра ювателн 9 и стабилизатора 1О напряжения вызовет срабатывание .устройст..-а для защитного отключения. Короткое замыкание в выпрямителе 8 блока 7 питания также вызовет срабатывание устройства н отключение защищаемой сети, так как в этом случае катушка 16 отключе-, ния оказывается подключенной к одной из фаэ сети через короткоэамкнутый выпрямитель 8 блока 7 питания. Неисправности блока 4, связанные с ухудыенией его фильтрующкх свойств s отно" шенин сигнала проиппленной частоты и вызывающие превышение аиплитуды снг" нала саиоконтроля уровня логической

"1" на. выходе элемента ИЛИ 32, вызывают срабатывание устройства аналогичным образом. Кроме того, некоторые неисправности элемента ИЛИ i2, мультивибратора 33", ключа 34 и коммутационного блока 35 такке вызывают срабатывание устройства. Например, обрыв коллекторной цепи транзистора элемента ИПИ l2 вызовет появление логической ."3" «а выходе элемента, что приведет к срабатыванию устройства ° Замыкание баэ однопереходного транзистора в мультивибраторе 33 вызовет изменение лотенциалв управляющего электрода тиристора от О до капряхения питания, что вызовет переход его в проводящее состояние и срабатывание коммутационного блока 35. Про. бой перехода змиттер-база однопереходного транзистора вызовет разряд конденсатора в цепи эикгтера на управляющий электрод тиристора, что такие приведет к срабатыванию комму" тацконного баока 35.

Контроль обрыва катушки 36 отключения коммутационного блока l5 мошет осуществляться аутем включения параллельно с ней последовательно соединенных неоновой ламина@ и токоограничивающего резистора (иа чертеже не показаны). При обрыве катушки 16 отключения иапрямение нв ее концах превысит напряаение эалигания неоновой лампы и она начнет светиться, индицируя обрыв катушки 36. Таким образом, в лредлагаеиои устройстве осуществляется самоконтроль исправности пата чика l тока утечки, операционного усилителя 2, блока 7 питания, частичный самоконтроль других элементов (блоков) устройства. Отключение эащи-

1484240 щаемой сети при возникнояейин в ней утечки тока на землю, превышающей уставку срабатывания, осуществляется следукщим образом. Сигнал утечки то" ка с выхода датчика 1 поступает на один из входов операционного усилите" ля "2, иа выходе которого при этом будут формироваться импульсы, частота следования которых равна промышлен- 10 ной частоте. На выходе вапрямителя

6, RC-фильтр которога имеет большую постоянную времени и поэтому большое внутреннее сопротивление для сигнала промышленной частоты, выделяется сиг- 15 нал с уровнем, превышающим уровень. логической "1". Уровень логической

"1" поступит на выход элемента ИЛИ

: 12. и разрешит формирование серии им- пульсов на выходе мультивибратора 13. 20

11бявление импульсов на выходе мультивибратора 13 вызовет открывание ключа 14, срабатывание коммутационного блока 15 и отключение защищаемой сети, Согласующий каскад 5». предназна- 25 чениый для согласования параметров операционного. усилителя. 2 и выпрямители б, мо;..ет быть .выполнен по схеме эмиттерйого повторителя. Мультивибра- тор 13 выполнен на однопереходном ЗО транзисторе, при этом в устройстве предусмотрена возможность срыва гене- . рации импульсов уровнем логического

"О", поступающего на вход мультивибратора 13. 35

Формула изобретения

Устройство для защитного отключения в сети переменного тока, содержаrace датчик тока утечки с дополнительным первичным проводом, к вторичной обмотке которого подключен операционный усилитель, выход которого ло.включен к входу первого выпрямителя, катушка отключения и блок питания, выход которого подключен к питающим входам элементов устройства, о т л ич а ю щ е е. с я ì что, с мелью повышение надежности защиты, в него дополнительно введены фильтр сигнала промышленной частоты, выполненный на последовательно соединенных согласующем каскаде и втором выпрямителе, элемент НЕ, элемент ИЛИ, мультивибратор и ключ, а упомянутый блок питания включает в себя последовательно соединенные третий выпрямитель, импульсный преобразователь со сглаживающим фильтром и стабилизатор напряжения, причем выход операционного усилителя подключен к входу согла" сующего каскада, выход первого выпрямителя через. элемент НЕ подключен к первому входу элемента ИЛИ, к второму входу которого подключен выход в торого выпрямителя, выход элемента

KJH подключен к входу мультивибратора, выход которого подключен к управляющему входу ключа. импульсный выхад импульсного, преобразователя подключен к дополнительному первичному проводу датчика тока утечки, ключ и входы блока питания соединены параллельно и включены в цепь питания катушки отключения, 1484 40

Составитель Л. Васькова

Текред A. Кравчук Корректор М.Максимишннец

Редактор Т.Лошкарева

Заказ 1086 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытияй при ГЕНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101