Устройство для защиты от тока утечкина землю b трехфазной сети c изолиро-ванной нейтралью

 

Союз Советскин

Социалистическик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<и 834815 (6l ) Дополнительное к авт, свид-ву— I (22) Заявлено 09. 07. 79 (21) 2793829/24 — 07 (5! )М. Кл. с присоединением заявки Ю—

Н 02 Н 3/16

Государственный камнтет

СССР (23)Приоритет

Опубликовано 30. 05, 81. Бюллетень ¹? 0

Дата опубликования описания 30.05.81 но делам изобретений н открытий (53) УДК 6?1 ° 316, . 925 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В. Д. Оборотов, В. П. Кононенко, И. Г. и В. Б. Зальцведель

Днепропетровский завод шахтной автоматик (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ТОКА УТЕЧКИ

HA ЗЕМЛЮ В ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ

С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРА11ЫО

15

Изобретение относится к защитным устройствам и предназначено для защиты от опасных утечек тока на землю, в частности для защиты от по-. ражения электрическим током человека, прикоснувшегося к трехфазной сети с изолированной нейтралью.

К устройствам защиты от утечек наряду с требованиями обеспечения безопасности (минимально допустимые сопротивления срабатывания, быстродействие и др.), предьявляется так.— же требование устойчивости против ложных срабатываний при коммутационных процессах в сети. Обеспечение этой устойчивости необходимо для нормальной эксплуатации сетей, при которой исключаются отключения сети, простои электрооборудования и потери добычи угля. При коммутации ответвлений сети аппаратура защиты не должна срабатывать при сопротивлении однофазной утечки, равном и большем полуторакратного значения сопротивления срабатывания, определенного из условий безопаснос-, .ти (на 100 включений — отключений .ответвления с заторможенным двигателем и емкостью 0,15 мкФ на фазу допускается не более одного ложного срабатывания). Чем меньше сопротивление однофазной утечки, при котором аппарат не срабатывает при коммутации в сети, тем выше помехоустойчивость защиты.

Основной причиной. ложных срабатываний являются переходные процессы возникающие при отключении от сети электродвигателей в результате появления напряжения между нейтралью сети и землей. Для подземных электри", ческих сетей напряжением 380 и 660 В удовлетворительная помехоустойчивость достигается, в основном, выбором параметров измерительных цепей, разделительных и шунтирующих конденсаторов. Однако с увеличением напряжения подземных сетей с 380-660

834815

15

6

Ф 3 до 1140 В увеличивается напряжение смещения нейтрали при отключении ответвлений и, соответственно, броски тока в измерительной цепи аппаратуры защиты. В сетях напряжением

1140 В обеспечение устойчивости за5 щиты от утечек против ложных срабатываний затрудняется также уменьшением нормируемого времени срабатывания до 0,07 с (вместо 0,1 с при

660 В) .

Известны устройства защиты от утечек с использованием как постороннего источника оперативного напряжения, так и образованного посредством . трех вентилей (схемы ЗВ в серийно выпускаемых аппаратах УАКИ и АЗЛК), подключенных к фазам контролируемой сети, в которых для исключения ложных срабатываний из-за переходных процессов вводят фильтры в виде ком бинаций активных сопротивлений и шунтирующих и разделительных конденсаторов.

Дпя обеспечения устойчивости аппа- 25 ратуры защиты от утечек против ложных срабатываний емкости разделительных и шунтирующих конденсаторов наращивают, Увеличение емкости разделительного конденсатора, включенного Зо между землей и компенсатором емкостных токов утечек, необходимо также для обеспечения максимальной эффективности компенсации. При этом в режиме отключения сети кратковре- 35 менные импульсы тока, вызванные появлением напряжения смещения нейтрали, отводятся в основном через разделительный конденсатор и частично через конденсатор, шунтирующий вход 40 реагирующего органа flj.

Однако .при разработке и внедрении аппаратуры защиты от утечек, особенно в протяженных сетях напряжением 1140 В с большей емкостью

45 ответвлений — до 0,25 мкФ на фазу, добиться известными техническими решениями требуемой устойчивости против ложных срабатываний, а тем более повысить ее, затруднительно.

Вследствие этого увеличиваются нео правданные простои, вынужденно сокращаются длины ответвлений или не используются в полной мере преимуl 55 щества повышенного напряжения — обеспечение нормальных пусков и работы электроприводов при удаленных источниках питания.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, работа которого основана в наложении на сеть постоянного тока от постороннего источника оперативного напряжения, содержащее источник оперативного напряжения, включенный между заземлением и сетью через реагирующий орган, в качестве которого служит элемент сравнения, выполненный на транзисторе, эмиттер-базовый переход которого присоединен к источнику опорного напряжения, подключенному встречно источнику напряжения нулевой последовательности, а база-коллекторный переход включен в измерительную цепь через шунтирующий конденсатор параллельно входу усилителя,нагрузкой которого служит исполнительный орган, компенсатор емкостных токов

l подключенный через разделительный конденсатор между землей и сетью с помощью блока присоединения.Шунтирующий и разделительный конденсаторы выбирают значительной емкости для исключения ложных срабатываний (2) .

Несмотря на то, что в устройстве

| обеспечено высокое быстродействие за счет эффективного действия введенного в схему источника напряжения нулевой последовательности, емкость шунтирующего конденсатора не может быть увеличена до очень больших значений. Это объясняется тем, что ве-. личина шунтирующей емкости увеличивается до тех пор,пока обеспечивается требуемое быстродействие при трехфазном дуговом замыкании на корпус оболочки, при котором это быстродействие определяется шунтирующим конденсатором, так как напряжение нулевой последовательности появляется только при несимметричных утечках, в частности прикосновения человека к фазе сети.

Наиболее тяжелым режимом по усло.виям устойчивости против ложных срабатываний является режим отключения ответвления с максимальной емкостью относительно земли при существовании утечки на неотключаемом участке се- ти, емкость которого равна нулю.

Появившееся напряжение нулевой иоследовательности при погасании дуги на первогасящем полюсе через емкость ртветвления воздействует частично (через резисторы в этой

8" 48

Процесс заряда на этой стадии протекает значительно медленнее по сравнению с процессами, протекающими в аппарате под действием напряжения нулевой последовательности в момент отключения ответвления.

При этом с целью обеспечения устойчивости аппаратуры защиты от утечек против ложных срабатываний на период отключения емкость разделительного конденсатора выбирается как можно большей, а на период заряда его через измерительные цепи

40 от источника оперативного напряжения — меньшей (для уменьшения энергии броска тока и исключения ложных срабатываний).

Таким образом, требования устойчивости против ложных срабатываний аппаратуры защиты от утечек на разных стадиях переходного процесса, вызванного коммутацией ответвлений сети (на перибд отключения и дуго50 гашения и на период после отключения) вступают в противоречие, так как достигаются одними и теми же техническими средствами, требующими изменения одного и того же параметра

55 (величины емкости разделительного

/ конденсатора) в противоположных направлениях. Увеличение емкости разделительного конденсатора, приводя45

5 цепи) на шунтирующий конденсатор и в основном на разделительный конденсатор. Под действием этого напряжения разделительный конденсатор, заряженный от источника оперативного напряжения, может быть дозаряжен или разряжен. В случае, если он дополнительно заряжается, то ложное .срабатывание произойти не может,так как после отключения ответвления напряжение его разряда направлено встречно напряжению источника оперативного напряжения и приводит к кратковременному. уменьшению тока в измерительной цепи. При этом раздели- 15 тельный конденсатор разряжается до установившегося напряжения. Опас— ность ложного срабатывания появля— ется только при разряде разделительного конденсатора под действием 20 импульсов напряжений нулевой последовательности, так как после отключения указанный конденсатор заряжается от источника оперативного напряжения и ток в измерительной цепи возрастает.

15 ь щее к увеличению устойчивости защиты на момент отключения, приводит к снижению помехоустойчивости после отключения иэ-за заряда этого конденсатора от источника оперативного напряжения и броска тока через измерительную цепь. Поэтому в данном устройстве обеспечение требуемой устойчивости против ложных срабатываний, а тем более ее повышение с увеличением напряжения сети и длины коммутируемых ответвлений, затруднительно

Цель изобретения — повышение устойчивости аппаратуры защиты от утечек против ложных срабатываний.

Поставленная цепь постигается тем, что в устройстве, содержащем блок компенсации емкостиого тока утечки, подключенный через разделительный конденсатор между фазами сети и землей, источник постоянного оперативного напряжения, подключенный через реагирующий орган между выходом указанного блока компенсации и землей, параллельно разделительному конденсатору подключены последователь,но соединенные конденсатор и диод, причем диод включен встречно источнику оперативного напряжения и зашунтирован резистором.

На чертеже представлена блок-схема устройства защиты от токов утечки. в трехфазной сети с изолированной нейтралью трансформатора.

Устройство содержит блок 1 компенсации емкостных токов утечки, подключенный через разделительный конденсатор 2 между заземлением и сетью, и источник 3 оперативного напряжения, включенный через реагирующий орган

4 и блок 1 компенсации емкостных токов утечки также между сетью и заземлением. Параллельно разделительному конденсатору 2 подключены последовательно соединенные конденсатор 5 и диод 6„ причем диод включен встречно источнику 3 оперативного напряжения и зашунтирован резистором 7.

Устройство работает следующим образом.

Постоянный ток от положительного йолюса источника 3 протекает через

Землю, сопротивление изоляции сети, блок компенсации емкостных токов, реагирующий орган 4 к отрицательному полюсу источника 3.

83481

7

Разделительный конденсатор 2 и дополнительный 5 заряжены до установившегося напряжения от источника

3. В момент коммутации ответвлений на оперативную цепь аппарата защиты действуют импульсы напряжения нулевой последовательности разной полярности. Ложное срабатывание происходит только под действием таких импульсов напряжения нулевой последовательности,1р которые разряжают конденсаторы 2 и 5. При этом на нервом этапе переход ного процесса от момента погасания, дуги в одной фазе до момента погасания в двух других фазах энергия 15 импульса напряжения нулевой последовательности воспринимается суммар.— ной емкостью конденсаторов 2 и 5.

На втором же этапе после окончания процесса коммутации ответвления в гр результате того, что последовательно с емкостью 5 встречно источнику 3 включен диод 1, ток заряда ее от источника 3 через реагирующий орган

4 резко уменьшается, а через реагиру- 2s ющий орган проходит только ток заряда конденсатора 2. Конденсатор 5, в цепь которого включен диод 6, заряжается через резистор 7, включенный параллельно диоду. ЗР

Величина резистора 7 выбирается значительно больше величины резисторов, включенных в цепь реагирующего органа 4. Поэтому энергия заряда конденсатора 5 практически вся рас- 35 сеивается в резисторе 7.

Таким образом, дополнительный конденсатор 5, отбирая большую часть энергии импульса напряжения смещения нейтрали, обеспечивает меньшее снижение напряжения на конденсаторе

2 и тем самым уменьшает ток через реагирующий орган 4 в переходный режим.

Выбрав отношение емкостей разде- 45 лительного конденсатора 2 и дополнительного 5, например, 1:4, можно примерно в четыре раза уменьшить ток в измерительной цепи при заряде конденсатора 2, чем и обеспечивается повышение устойчивости против ложных срабатываний при.коммутации ответвлений с большой длиной. Это расширяет эксплуатационные возможности подземных сетей, особенно с повышенным напряжением 1140 В и коммутацией длинных ответвлений (до 500 м) с емкостью 0,25 мкф на фазу, что позволяет обеспечить и повысить устойчивость защиты от утечек.

Формула изобретения

Устройство для защиты от тока утечки на землю в трехфазной сети с изолированной нейтралью, содержащее блок компенсации емкостного тока утечки, подключенный через разделительный конденсатор между. фазами сети и землей, источник постоянного оперативного напряжения, подключенный через реагирующий орган между выходом указанного блока компенсации и землей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения устойчивости против ложных срабатываний, параллельно разделительному конденсатору подключены последовательно соединенные конденсатор и диод, причем диод включен встречно источнику оперативного напряжения и зашунтирован резистором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Цапенко Е. Ф. Контроль изоляции в сетях до 1000 В, "Энергия", с. 93-,133.

2. Авторское свидетельство СССР

У 595825, кл. Н 02 Н 3/16, 1975.

Составитель В. 1"1аслов

Редактор Т. ИермелштайнТехред Ж. КастелевичКорректор С. Шекмар

Заказ 4115/81 Тираж 675 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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