УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ ОТ ТОКОВ УТЕЧКИ НА ЗЕМЛЮ Российский патент 1996 года по МПК H02H3/16 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты трехфазной сети с изолированной нейтралью от токов утечки на землю, а также для предупреждения опасности поражения людей электрическим током при недопустимом снижении сопротивления изоляции.

Известно "Устройство для защиты трехфазной сети от токов утечки на землю", содержащее источник оперативного тока, исполнительное реле, ограничительные резисторы, соединенные в "звезду", дополнительный источник постоянного тока, пороговый элемент [1]
Недостатком данного устройства является то, что оно адаптируется только к дискретным изменениям напряжения защищаемой сети в пределах различных классов напряжений, т. к. пороговый элемент имеет релейную характеристику. Что же касается колебаний напряжения от +10 до -15% номинального в пределах одного класса, возникающих в реальной сети, то устойчивость защитных характеристик устройства зачастую не обеспечивается. Возможна также ненадежная работа устройства при кратковременных перемежающихся утечках, возникающих в защищаемой сети.

Известно "Устройство для защиты от тока утечки в трехфазной электрической сети переменного тока", определенное нами в качестве прототипа. Устройство содержит три проводимости, образующие искусственную нулевую точку сети, компенсирующий дроссель, подсоединенный между нулевой точкой и землей через разделительный конденсатор, источник оперативного тока контроля изоляции, подсоединенный между трехфазной сетью и землей через ограничительный резистор, вспомогательный источник тока и выходной релейный элемент с двумя органами, включенными встречно, один из которых подсоединен к вспомогательному источнику тока, а второй к общей точке компенсирующего дросселя и разделительного конденсатора и земле [2]
Недостатком известного устройства является то, что оно имеет нестабильные защитные характеристики при колебаниях напряжения защищаемой сети и перемежающихся утечках. В результате этого происходит ложное срабатывание устройства.

Кроме того, для нормального функционирования устройства необходимо обеспечить контроль целостности элементов схемы выходной цепи, управляющей коммутационным аппаратом, а также цепей основного и дополнительного заземлителей. Причем, для аппаратов защиты от утечек тока на землю, построенных по принципу обеспечения самоконтроля, согласно ГОСТу 22929-78, должно происходить срабатывание устройства, либо увеличение уставки срабатывания при повреждении элементов схемы, в том числе, обрыве цепи заземления. Однако в условиях эксплуатации трудно определить причину срабатывания устройства, будь то возникшая утечка, отказ элементов схемы или обрыв цепи заземления. Это вызывает неоправданные простои технологического оборудования и значительные убытки потребителя.

Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности защиты за счет обеспечения устойчивости работы устройства при колебаниях напряжения сети и перемежающихся утечках.

Задача решается тем, что устройство для защиты трехфазной сети от токов утечки на землю, содержащее три элемента проводимости, образующие искусственные нулевую точку сети, основной и дополнительный заземлители, питаемый от сети основной источник оперативного тока, соединенный с искусственной нулевой точкой сети и через первый ограничительный резистор с дополнительным заземлителем, последовательно соединенные компенсирующий дроссель и конденсатор, подключенные между искусственной нулевой точкой сети и основным заземлителем, питаемый от сети вспомогательный источник тока, выходной релейный элемент с первым замыкающим контактом, включенным в выходную цепь, выходной релейный элемент выполнен в виде двухобмоточного реле, первая обмотка которого подключена к вспомогательному источнику тока, а вторая обмотка параллельно конденсатору, дополнительно содержит последовательно соединенные нелинейный элемент и резистор, подключенные к вспомогательному источнику тока параллельно первой обмотке двухобмоточного реле, последовательно соединенные дополнительные элемент проводимости, первый световой индикатор и второй замыкающий контакт выходного релейного элемента, включенные между искусственной нулевой точкой сети и основным заземлителем, последовательно соединенные второй световой индикатор, зашунтированный резистором, и второй ограничительный резистор, включенные между основным и дополнительным заземлителем.

На чеpтеже приведена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит три элемента проводимости 1, образующих искусственную нулевую точку сети, компенсирующий дроссель 2, конденсатор 3, источник 4 оперативного тока, первый ограничительный резистор 5, вспомогательный источник 6 постоянного тока, выходной релейный элемент 7 с двумя встречно включенными обмотками, основной 8 и дополнительный 9 заземлители, нелинейный элемент 10, соединенный последовательно с резистором 11, дополнительный элемент проводимости 12, подключенный через второй замыкающий контакт 13 выходного релейного элемента 7 к искусственной нулевой точке сети и основному заземлителю 8, первый световой индикатор 14, зашунтированный резистором 15 и включенный последовательно со вторым ограничительным резистором 16 между основным 8 и дополнительным 9 заземлителями, второй световой индикатор 17, включенный в цепь дополнительного элемента проводимости 12 и второго замыкающего контакта 13 выходного релейного элемента 7, первый 18 замыкающий контакт которого включен в цепь управления коммутационного аппарата (на фиг. не показан). На фиг. показаны также проводимости 19 изоляции защищаемой сети.

Устройство работает следующим образом. При подключении его к находящейся под напряжением трехфазной сети посредством трех элементов проводимости I, оперативный ток I_о от источника 4 протекает по цепи: положительный полюс источника 4, первый ограничительный резистор 5, дополнительный заземлитель 9, далее он разветвляется (I₀₁, и I₀₂) в соответствии с величинами сопротивлений изоляции защищаемой сети 19 и сопротивления протеканию тока между основным 8 и дополнительным 9 заземлителями. Далее часть оперативного тока I₀₁ протекает через один орган выходного релейного элемента 7, компенсирующий дроссель 2 и отрицательный полюс источника оперативного тока А. Другая часть оперативного тока I₀₂ протекает через проводимость изоляции 19 защищаемой сети, по фазам сети, через три элемента проводимости 1, искусственную нулевую точку и отрицательный полюс источника оперативного тока 4. Вторая обмотка (орган) выходного релейного элемента 7 обтекается током от вспомогательного источника тока 6, причем часть его ответвляется в цепь с нелинейным элементом 10 и резистором 11. Величина тока, ответвляемого в эту цепь, изменяется вследствие изменения сопротивления нелинейного элемента при колебаниях напряжения в защищаемой сети и выбирается посредством резистора 11, исходя из обеспечения стабильности характеристик срабатывания устройства защиты, т. к. при этом изменяется магнитный поток, образующийся вследствие протекания тока через обмотку выходного элемента 7. При высоком сопротивлении изоляции сети и отсутствии утечки элемент 7 не срабатывает, т.к. магнитные потоки в его обмотках направлены встречно и результирующий магнитный поток незначителен. В случае возникновения в сети утечки, баланс магнитных потоков нарушается вследствие того, что оперативный ток, протекающий через обмотку элемента 7 уменьшается, а через проводимость изоляции 19 увеличивается. Поэтому результирующий магнитный поток увеличивается и вызывает срабатывание выходного релейного элемента 7, который замыкает свои контакты 13 и 18. Контакт 18, введенный в цепь управления коммутационным аппаратом, вызывает отключение последнего, и, как следствие, снятие напряжения с защищаемой сети. При возникновении в сети перемежающейся утечки, произойдет замыкание выходного контакта 13. Дополнительный элемент проводимости 12 оказывается включен параллельно возникшей утечке и проводимости изоляции сети 19. При этом результирующая проводимость относительно земли резко увеличивается и вызывает срабатывание устройства защиты. В случае отказа выходной цепи управления коммутационным аппаратом, снятие напряжения с сети не произойдет, а замкнувшийся второй контакт 13 обеспечит цепь для срабатывания светового индикатора 17. При обрыве хотя бы одной цепи заземлителей 8 и 9 происходит дешунтирование цепи светового индикатора 14, который сигнализирует об отказе. Резисторами 15 и 16 обеспечивается настройка и нормальная работа светового индикатора 14. Конденсатор 3 обеспечивает шунтирование переменной составляющей тока утечки, возникающей при появлении в сети несимметричной утечки.

Использование устройства позволяет обеспечить стабильность защитных характеристик устройств защиты при колебаниях напряжения сети и, тем самым, исключить ложные их срабатывания, повышает надежность защиты при перемежающихся утечках, а также сокращает перерывы в электроснабжении технологических токоприемников за счет сокращения времени выявления причин срабатывания защиты.

Использование: изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты трехфазной сети с изолированной нейтралью от токов утечки на землю, а также для предупреждения опасности поражения людей электрическим током при недопустимом снижении сопротивления изоляции. Сущность изобретения. Плавное изменение сопротивления нелинейного элемента 10, подключенного через ограничительный резистор 11 параллельно вспомогательному источнику 6 тока, позволяет при колебаниях напряжения защищаемой сети перераспределять ток в цепи органа выходного релейного элемента 7, изменяя, тем самым, в нем разность магнитных потоков и, как следствие, обеспечивая стабильность уставок срабатывания. 1 ил.

Устройство для защиты трехфазной сети от токов утечки на землю, содержащее три элемента проводимости, образующие искусственную нулевую точку сети, основной и дополнительный заземлители, питаемый от сети основной источник оперативного тока, соединенный с искусственной нулевой точкой сети и через первый ограничительный резистор с дополнительным заземлителем, последовательно соединенные компенсирующий дроссель и конденсатор, подключенные между искусственной нулевой точкой сети и основным заземлителем, питаемый от сети вспомогательный источник тока, выходной релейный элемент с первым замыкающим контактом, включенным в выходную цепь, выходной релейный элемент выполнен в виде двухобмоточного реле, первая обмотка которого подключена к вспомогательному источнику тока, вторая параллельно конденсатору, отличающееся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные нелинейный элемент и резистор, подключенные к вспомогательному источнику тока параллельно первой обмотке двухобмоточного реле, последовательно соединенные дополнительный элемент проводимости, второй замыкающий контакт выходного релейного элемента и первый световой индикатор, включенные между искусственной нулевой точкой сети и основным заземлителем, последовательно соединенные второй световой индикатор, зашунтированный резистором, и второй ограничительный резистор, включенные между основным и дополнительными заземлителями.