Устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в электроустановке низкого напряжения
Сеюз Советскнв
Соцнаинстнческнк
Ресиубинк
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ ИТЕЛЬСТВУ и>792453 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (51)PA, Кла (22) Заявлено 07,0379 (21) 2743867/24-07 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет—
ГосударствеммыЯ коммтет
СССР яо делам мзобретеммЯ и открытмЯ
Н 02 Н 3/16
Опубликовано 30.12.80. Бюллетень И9 48
Дата опубликования описания 30.1280 (5Ç) УДК 621. 316. ,925 (088,8) (72) Авторы изобретения
E È.Ëåäîâîé, Я.A. Êóíãñ и П, М. Твардовский
Произ водст вен но-техническое пред при ятие Сибэнергоцветмет (71) Заявитель (54) УстРОИство Для зАщиты от однофАзноГО
ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКЕ
НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электроустановок напряжением до 1000 В, работающих в районах распространения многолетней мерзлоты, Известно устройство автоматического контроля изоляции (УАКИ), содержащее трехфазный вентильный присоединительный фильтр, трехфазный резистивный присоединительный фильтр, двухобмоточное реле постоянного Тока, устройство компенсации емкости защищаемой сети и стрелочный измерительный прибор (1). 15
Известное устройство разработано для условий, когда удельное сопротивление грунта не изменяется, либо изменяется незначительно, в течение года.
Известно также устройство, содержащее последовательно соединенные трехфазный вентильный фильтр, 25 подключенный к фазам защищаемой электроустановки, двухтактный преобразователь напряжения, бесконтактное реле с обмоткой коррекции уставкн и исполнительный орган (2). 30
Данное устройство корректирует уставку реле в зависимости от изменения удельного сопротивления грунта.
Однако длительные испытания данного устройства выявили его серьезные недостатки. Низкая надежность срабатывания преобразователя напряжения при малом сигнале тока утечки обуславливает нестабильность собственного времени. срабатывания устройства защиты, Изменение частоты преобразователя либо от напряжения пи тания, либо от нагрузки в зависимости от материала магнитопровода трансформатора преобразователя напряжения обуславливает воэможность ложных срабатываний устройства защиты.
Целью изобретения является повышение надежности срабатывания при малом уровне сигнала тока утечки, а также повышение его селективности.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для защиты от однофаэного замыкания на землю в электроустановке низкого напряжения, содержащем подключенный к фазам защищаемой электроустановки трехфазный вентильный фильтр, к нулевой точке которого присоединен вход преобразователя напряжения, соединенный с эа792453
5 (О
15 земляющим электродом и своим выходом связанный со входом бесконтактного выходного реле, и дополнительный заземляющий электрод, преобразователь напряжения выполнен на двух операционных усилителях, неинвертирующие входы которых подключены к нулевой точке трехфазного вентильного фильт ра, при этом инвертирующий вход первого операционного усилителя соединен через резистор с дополнительным заземляющим электродом, à его выход соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого связан со входом бесконтактного выходного реле. При этом выход второго операционного усилителя соединен со входом бесконтактного выходного реле через активный фильтр низких частот.
Такое устройство имеет значитель- но большую .чувствительнбсть к току утечки, что особенно важно в период начала протаивания деятельного слоя грунта, когда заземлители находятся в основном в мерзлом грунте с высоким удельным сопротивлением, а возможные контакты человека с токоведущими частями на слое протаившего грунта с низким удельным сопротивлением, Отсутствие в устройстве преобразования элементов с релейной характеристикой обуславливает отсутствие порога срабатывания и стабиль" ность времени собственного срабатывания устройства, которая играет существенную роль в обеспечении безопасности обслуживающего персонала и в надежности электроснабжения потребителей, Так как величина допустимого тока через тело человека существенно зависит от времени его протекания, а.неотключенное однофазное замыкание стремится развиться с течением времени в двухфазное, то зто отрицательно сказывается как на обеспечении безопасности обслуживающего персонала, так и на надежности электроснабжения потребителей и величины ущерба.
Улучшение селективных свойств устройства защиты значительно снижает количество необоснованных отключений и, следовательно, величину ущерба от перерывов в электроснабжении потребителей, На чертеже представлена электрическая схема данного устройства.
Устройство содержит трехфазный вентильный присоединительный фильтр
1, выполненный на полупроводниковых диодах 2-4 и резисторах 5-7, преобразователь 8 напряжения, активный фильтр 9 низких частот, бесконтактное выходное реле 10.
Преобразователь 8 напряжения состоит из двух операционных усилителей 11 и 12, резисторов 13-15, кон20
55 бО
65 денсаторов 26-31. Неинвертирующие входы операционных усилителей 11 и
12 подключены к вентильному присоединительному фильтру 1 и через резистор 13 - к заземляющему электроду 32.
Инвертирующий вход операционного усилителя 11 подключен к дополнительному заземляющему электроду 33, а инвертирующий вход операционного усилителя 12.подключен к выходу операционного усилителя 11.
К выходу преобразователя напряжения 8 подключен неинвертирующий вход операционного усилителя 34 активного фильтра низких частот (ФНЧ), содержащего, кроме того, резисторы
35 и 36 и конденсаторы 37 и 38. Выход активного ФНЧ подключен ко входу бесконтактного выходного реле 10, содержащего транзистор 39, полупроводниковый диоц 40, тиристор 41 и резисторы 42 и 43. Выход бесконтактного реле 44 и 45 подключается к катушке отключения коммутационного аппарата, а выводы 46 и 47 — к двухполярному источнику постоянного тока.
Устройство работает следующим образом.
Ток, выпрямленный вентилями 2, 3
4 присоединительного фильтра 1, проходит последовательно через изоляцию сети, заземляющий электрод 32 и резистор 13 преобразователя напряжения 8, Величина этого тока зависит от омического сопротивления изоляции всех трех фаэ и при достаточно высоком сопротивлении изоляции фаз относительно земли недостаточна для срабатывания бесконтактного выходного реле 10, При однофазном замыкании на землю или при общем недопустимом снижении сопротивления изоляции всех фаз относительно земли величина тока утечки, протекающего через вентильный присоединительный фильтр и.резистор 13 преобразователя напряжения 8 увеличивается и будет тем больше, чем меньше сопротивление изоляции, Образующееся на резисторе 13 падение напряжения, пропорциональное току утечки, подается на инвертирующие входы усилителей 11 и 12 преобразователя 8.
От протекания по заземляющему электроду 32 тока утечки, на заземляющих электродах 32 и 33 образуется разность потенциалов, представляющая собой величину, пропорциональную шаговому напряжению, которая будет тем больше, чем больше удельное соп1 отивление грунта. Это напряжение подается на инвертирующий диод усилителя 11.
Следовательно, на выходе усилителя 11 напряжение будет зависеть от двух величин - тока утечки и удель792453 ного сопротивления грунта. Оно будет прямо пропорционально току утечки и обратно пропорционально удельному сопротивлению грунта, Чтобы получить прямо пропорциональную зависимость как от тока утечки, так и от удельМого сопротивления грунта напряжение с выхода усилителя 11 подается на инвертирующий вход усилителя 12
Тогда для напряжения выхода усилителя 12 можно записать: дыя г Вх /к я ф ф к+ р /т коэффициенты пропорциональности вход- 1 5 ных величин усилителей ll и 12 соответственно; сопротивление резистора 14; 26 ток утечки; входное напряжение н еинвертирующего входа усилителя; входное напряжение 25 инвертирующего входа усилителя; сопротивление растеканию заземляющего эл е кт род а 32 . ЗО где Кн
П8л
Если принять коэффициент пропорци-. ональности усилителя 11-K«равным 1, то выходное напряжение преобразователя 8 будет:
"йк, г = г у "y
Из э того выражения видно, что н апряжение на выходе устройства преобразования будет иметь требуемую за- 40 висимость, т,е, напряжение будет тем больше, чем больше ток утечки и чем больше удельное сопротивление грунта, так. как сопротивление расте-. канию заэемлителя прямо пропорционально удельному сопротивлению грунта. С выхода преобразователя напряжение U „„ „ подается на неинвертирующий вход операционного усилителя
34, на котором собран активный фильтр 0
9 низких частот с частотой среза
50 Гц.
Фильтр низких частот имеет спад характеристики на высоких частотах
9 дб/октава, что обеспечивает хорошие селективные свойства устройства защиты. С выхода ФНЧ напряжение поступает на базу транзистора 39, на котором выполнен усилитель тока бесконтактного реле 10 и с усилителя тока через стабилитрон 40, который бО определяет минимальную уставку срабатывания устройства защиты, поступает на управляющий электрсц тиристора 41.
Тиристор 4 1 включается и подключает к источнику гитания катушку коммутационного аппарата.
Использование предлагаемого устройства позволит повысить надежность срабатывания защиты от однофазных эаьь каний на землю в весенне-зимний период эксплуатации электроустановок и тем самым обеспечит большую безопасность обслуживания нестациснарных электроустановок низкого напряжения, работающих в районах рас.тространения многолетней мерзлоты. формула изобретения
1, Устройство для =-ащиты от однофаэного заьыкання на землю в электроустановке низкого напряжения, содержащее подключенный к фаз ам з ащищаемой электроустановки трехфазный вентильный фильтр, к нулевой точке которого присоединен вход преобразователя напряжения, соединенный с заземляющим электродом, и своим выходом связанный со входом бесконтактного выходногo реле, и дополнительный заземляющий электрод, о т л и ч аю ще е с я тем, что„с целью повышения надежности срабатывания при малом уровне сигнала тока утечки, преобразователь напряжения выполнен на двух операционных усилителях, неинвертирующие входы которых подключены к нулевой точке трехфазного вентильного фильтра, при этом инвертирующий вход первого операционного усилителя соединен через резистор с дополнительным заземляющим электродом, а его выход соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого связан со входом бесконтактного выходного реле, 2 ° Устройство по п,l, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения селективности, выход второго операционного усилителя соединен со входом бесконтактного выходного реле через активный фильтр низких частот.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1, Колосюк В,П, Рудничная аппаратура защиты от утечек тока и ее проверка в условиях эксплуатации, М., Недра, 1972, с,18.
2, Авторское свидетельство СССР
9 547897, кл. Н 02 Н 3/16, 1975.
792453
Составитель Л. Васькова
Редактор А.Купрякова Текред М.Табакович, Корректор Г.Реметник
Заказ 9593/58 Тираж 783 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5
Филиал ППП Патент, r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4
