Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах защиты электрических аппаратов и установок в однофазных сетях с изолированными от корпуса (“земли”) выводами и в трехфазных (многофазных) сетях с изолированной нейтралью.
Известны устройства контроля и защиты электротехнических систем [1], содержащие датчик контроля сопротивления изоляции, выполненный в виде емкостного датчика нулевой последовательности, подключенного к каждой из фаз, выход которого подключен к исполнительному элементу контроля, соединенному с исполнительным opганом, устройство индикации и источник питания, обеспечивающий электропитанием электронные узлы системы защиты и контроля.
Основным недостатком такого устройства является отсутствие реакции на симметричное снижение сопротивления изоляции в цепях с изолированной нейтралью.
Известен принцип построения системы защитного отключающего устройства с использованием оперативного постоянного тока [2], принцип действия которого заключается в том, что искусственная нулевая точка по схеме “звезда” образуется с помощью дросселя-индикатора, последовательно с общей точкой которого включены дроссель, токовое реле и источник постоянного тока, один из выводов которого подключен к корпусу (“земле”). При этом ток, протекающий по указанной выше цепи, и является оперативным контролирующим током, величина которого зависит от сопротивления изоляции.
Недостатком такого устройства являются значительная масса и габариты из-за наличия дросселя-трансформатора, а также пониженная чувствительность: при определенных соотношениях из-за отсутствия регулировок система защиты и контроля может оказаться неработоспособной.
Наиболее близким к предлагаемому устройству, принятому нами за прототип, является устройство [3], содержащее генератор сети с подключенной измерительной цепью, выпрямитель измерительной цепи, источник напряжения постоянного тока и исполнительный элемент, источник напряжения постоянного тока выполнен в виде параметрического стабилизатора, измерительная цепь выполнена в виде последовательного соединения светоизлучителя оптопары, шунтированного помехоподавляющим конденсатором, регулировочного и ограничительного резисторов, один из выводов ограничительного резистора подключен к корпусу, устройство коммутации, подключенное к фазам сети, последовательно с которым включен замыкающий контакт исполнительного элемента, параллельно резистору, включенному последовательно с основной обмоткой возбуждения генератора, причем другие выводы упомянутого резистора и обмотки возбуждения подключены к напряжению возбуждения.
Недостатком устройства, принятого за прототип, является наличие оптоэлектронных элементов, имеющих значительные технологические разбросы, чувствительные к ионизационному излучению; кроме того, в нем использовано реле напряжения, являющееся менее точным, чем реле тока и требующее для увеличения точности порога срабатывания, как правило, стабилизатора напряжения. Кроме того, требование международных и отечественных стандартов определенной величины сопротивления между силовыми и измерительными цепями (в частности, не менее 1 МОма) не обеспечивает устройство, принятое нами за прототип, а также ряд устройств аналогичного назначения. В сложных генераторах, в которых имеется не одна, а несколько обмоток возбуждения, отключение одной из них не приводит к полному исчезновению напряжения на нагрузке.
Целью изобретения является упрощение устройства, улучшение его метрологических характеристик, расширение функциональных возможностей. Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор сети с измерительной цепью, исполнительный элемент, подключенный к сети через выпрямитель, введен исполнительный орган, включенный последовательно с нагрузкой, исполнительный элемент выполнен в виде последовательно соединенных тиристора и обмотки управления исполнительным органом, причем управляющий электрод тиристора подключен через контакт реле измерительной цепи к средней точке резистивного делителя напряжения, подключенного к силовым электродам тиристора, к которым параллельно подключена RC-цепь, точка соединения конденсатора RC-цепи, одного из силовых электродов тиристора и резистивного делителя подключена к одному из выходов упомянутого выпрямителя, второй выход которого подключен к свободному выводу обмотки управления исполнительным органом, а измерительная цепь выполнена в виде обмотки реле измерительной цепи, шунтированной конденсатором, один из выводов упомянутой обмотки подключен к одному из выходов выпрямителя, второй - через ограничительный резистор - к другому выходу дополнительного выпрямителя, причем второй вывод обмотки одновременно подключен к цепи, содержащей последовательно включенные второй ограничительный резистор, диод и варистор, второй вывод упомянутого варистора подключен к корпусу (“земле”).
Кроме того, предлагается устройство контроля сопротивления изоляции и защиты электрических машин и аппаратов, содержащее генератор сети с измерительной цепью, исполнительный элемент, подключенный через выпрямитель, в которое введен исполнительный орган, включенный последовательно с нагрузкой, и дополнительный выпрямитель, входом подключенный к фазам сети, исполнительный элемент выполнен в виде последовательно соединенных тиристора и обмотки управления исполнительным органом, причем управляющий электрод тиристора подключен через контакт реле измерительной цепи к средней точке резистивного делителя напряжения, подключенного к силовым электродам тиристора, к которым параллельно подключена RC-цепь, точка соединения конденсатора RC-цепи, одного из силовых электродов тиристора и резистивного делителя подключена к одному из выводов упомянутого выпрямителя, второй выход которого подключен к свободному выводу обмотки управления исполнительным органом, а измерительная цепь выполнена в виде обмотки реле измерительной цепи, шунтированной конденсатором, один из выводов упомянутой обмотки подключен к выходу дополнительного выпрямителя, второй вывод обмотки одновременно подключен к цепи, содержащей последовательно включенные второй ограничительный резистор и варистор, второй вывод упомянутого варистора подключен к корпусу (“земле”).
Предлагается также устройство контроля и защиты сопротивления изоляции электрических машин и аппаратов, содержащее генератор сети с измерительной цепью, исполнительный элемент, подключенный к сети через выпрямитель, отличающееся тем, что в него введен исполнительный орган, включенный последовательно с нагрузкой, исполнительный элемент выполнен в виде последовательно соединенных тиристора и обмотки управления исполнительным органом, причем управляющий электрод тиристора подключен через контакт реле измерительной цепи к средней точке резистивного делителя напряжения, подключенного к силовым электродам тиристора, к которым параллельно подключена RC-цепь, точка соединения конденсатора RC-цепи, одного из силовых электродов тиристора и резистивного делителя подключена к одному из выводов упомянутого выпрямителя, второй выход которого подключен к свободному выводу обмотки управления исполнительным органом, а измерительная цепь выполнена в виде мостовой схемы, один из входов которой через два ограничительных резистора подключена к двум фазам сети, другой - через варистор - к корпусу (“земле”), а обмотка реле измерительной цепи, шунтированная конденсатором, подключена к выходу упомянутой мостовой схемы.
Устройство контроля сопротивления изоляции и защиты электрических машин и аппаратов, содержащее генератор сети с измерительной цепью, выпрямитель, подключенный фазами к сети, отличается тем, что измерительная цепь выполнена в виде последовательно соединенных обмотки реле измерительной цепи, шунтированной конденсатором, ограничительного резистора и варистора, причем второй вывод упомянутой обмотки подключен к выходу выпрямителя, а второй вывод варистора - к корпусу (“земле”), а к двум фазам сети между генератором и нагрузкой включена цепь из последовательно соединенных контакта реле измерительной цепи, ограничительного резистора и индикатора.
Устройство контроля и защиты сопротивления изоляции электрических машин и аппаратов, содержащее генератор сети с измерительной цепью, подключенный к сети, отличается тем, что измерительная цепь выполнена в виде мостовой схемы, один из входов которой через два ограничительных резистора подключен к двум фазам сети, другой - через варистор - к корпусу (“земле”), обмотка реле измерительной цепи, шунтированная конденсатором, подключена к выходу мостовой схемы, а к упомянутым фазам сети включена цепь из последовательно соединенных контакта реле измерительной цепи, ограничительного резистора и индикатора.
Устройство по указанным выше вариантам отличается тем, что в него введено устройство коммутации, содержащее резистор, включенный последовательно с первой обмоткой возбуждения генератора, параллельно которому включен размыкающий контакт исполнительного элемента, причем другой размыкающий контакт упомянутого элемента включен последовательно в цепь второй обмотки возбуждения генератора.
На фиг.1 - фиг.10 изображены структурная схема предлагаемого устройства и его вариантов, а также узлы принципиальных схем устройств.
Устройство (фиг.1) содержит генератор сети 1 (может быть расположен как в составе устройства, так и вне его), исполнительный орган 2, входом соединенный с генератором сети 1, выходом - с нагрузкой 3, кроме того, выход упомянутого исполнительного органа 2 соединен со входом выпрямителя 4, питающего как измерительную цепь 5, так и исполнительный элемент 6, причем выход измерительной цепи 5 подключен к одному из входов исполнительного элемента 6, выход которого подключен к управляющему входу исполнительного органа 2.
На фиг.2 представлены узлы структурной схемы фиг.1.
Основная обмотка генератора сети 1 ( в трехфазном варианте) содержит три обмотки, соединенные “звездой”, исполнительный орган 2 - с целью унификации - содержит два двухконтактных переключателя 8 и 9, включенных в три фазы сети, причем в одной из фаз включены 2 последовательно соединенных контакта (возможно использование одного трехконтактного или трех одноконтактных переключателей), выпрямитель 4 представляет собой, например, мостовую схему выпрямления (схему Греца) на диодах 10-13, выход мостовой схемы подключен ко входу измерительной цепи, содержащей реле тока 14, шунтированное конденсатором 15, один вход цепи 5 подключен к одному из выходов выпрямителя 4, другой через регулируемый ограничительный резистор 16 - к другому выходу выпрямителя, к точке соединения элементов 14, 15, 16 последовательно включен выпрямительный диод 17, второй ограничительный резистор 18 и варистор 19, причем свободный (второй) вывод упомянутого варистора подключен к корпусу (“земле”). Сопротивление изоляции условно показано узлом 20.
Исполнительный элемент 6 содержит последовательно соединенные тиристор 21 и обмотки управления 8' и 9' исполнительным органом 2, управляющий электрод тиристора 21 через контакт 14' реле измерительной цепи 14 подключен к средней точке резистивного делителя 24, 25, нижнее плечо которого шунтировано конденсатором 26.
На фиг.3 изображена структурная схема, в которой для питания измерительной цепи 5 используется отдельный выпрямитель 27, подключенный к выходу узла 2.
На фиг.4 изображены узлы структурной схемы фиг.3, в которой используется трехконтактный исполнительный орган 28 и его обмотка управления 28’, подключенная к точке соединения элементов 24 и 25 с одной стороны и одним из выходов выпрямителя с другой.
На фиг.5 представлена структурная схема, в которой узел 5 выполнен в виде узла 29, т.е. измерительная цепь выполнена в виде мостовой схемы выпрямления (фиг.6), один их входов которой через два ограничительных резистора 30, 31 подключен к двум фазам сети, мостовая схема выпрямления содержит диоды 32-35, другой вход упомянутой мостовой схемы через варистор подключен к корпусу (“земле”), а обмотка реле 14 измерительной цепи, шунтированная конденсатором 15, подключена к выходу упомянутой мостовой схемы. При этом учитывается не только активная составляющая сопротивления изоляции 20, но и емкостная ее составляющая 20’.
На фиг.7 представлена структурная схема, в которой использован узел 36, подключенный к двум фазам сети между генератором 1 и нагрузкой 4, содержащий (фиг.8) цепь из последовательно соединенных контакта реле 14' измерительной цепи 5, ограничительного резистора 37 и индикатора 38.
На фиг.9 представлен вариант с использованием узла 36 и узла 29, подключенных к двум фазам сети ( для трехфазного варианта).
На фиг.10 изображена первая обмотка возбуждения 39 генератора сети 1, последовательно с которой включен резистор 40, параллельно которому включен размыкающий контакт 41 исполнительного элемента, причем элементы 40 и 41 представляют собой устройство коммутации 42, основная обмотка генератора 1 представлена в виде обмоток 43 для трехфазного варианта и двухполупериодного трехфазного выпрямителя (схема Ларионова) 44, вход которой подключен к упомянутой трехфазной обмотке 43, а выход - к второй обмотке возбуждения 46, последовательно с которой включен другой размыкающий контакт 45 упомянутого исполнительного элемента.
Устройство, изображенное на фиг.1, работает следующим образом. В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции в пределах установленных норм, исполнительный орган 2 включен и нагрузка 3 питается от генератора 1. Выпрямитель 4 питает узлы 5 и 6.
В аварийных режимах при симметричном или несимметричном изменении сопротивления изоляции ниже установленных норм реакция воспринимается элементом 5, воздействует на элемент 6, который, воздействуя на исполнительный орган 2, отключает нагрузку 3 от генератора 1, т.е. напряжения сети.
В устройстве фиг.2 в нормальном режиме работы элементы 8 и 9 узла 2 замкнуты и нагрузка питается от генератора 1. В этом режиме ток, протекающий по обмотке реле тока 14, недостаточен для включения этого реле, тиристор 21 находится в отключенном состоянии, контакты обмоток управления 8' и 9' разомкнуты и двухконтактные переключатели 8 и 9 находятся во включенном состоянии. Ток, протекающий по цепи из элементов 14, 17, 18, 19, в связи с наличием варистора 19 крайне незначителен, и сопротивление этой цепи, как правило, превышает установленный отечественными и международными стандартами 1 МОм. Эквивалентное сопротивление изоляции можно представить в виде резисторов 20, соединенных в “звезду”.
В аварийном режиме, т.е. при уменьшении сопротивления изоляции ниже установленных норм, ток, протекающий по измерительной цепи из элементов 14, 17, 18, 19, включает реле 14, замыкается контакт 14’, включается тиристор 21, получают питание обмотки 8' и 9' и элементы 8 и 9 отключают нагрузку от сети.
Принцип работы устройства, структурная схема которого представлена на фиг.3, отличается только тем, что дополнительно введен узел 27, т.е. используются отдельный выпрямитель 27 (например, трехфазный). В этом случае, в отличие от устройства по фиг.2, режимы аварийного состояния эквивалентны независимо от фазы, в которой уменьшилось сопротивление изоляции. В устройстве на фиг.2 с совмещенным выпрямителем 4 аварийный ток зависит от фазы, в которой произошло уменьшение сопротивления изоляции. Этот недостаток можно устранить расчетным путем, регулируя уровень срабатывания резистором 18.
На фиг.4 представлен ряд узлов в соответствии со структурной схемой фиг.3. Исполнительный орган (для трехфазной системы) выполнен на трехконтактном переключателе 28 с обмоткой управления 28'. Принцип работы в нормальном и аварийном режимах аналогичен описанному ранее.
В устройстве, изображенном на фиг.5, узел 29, измерительная цепь которого изображена на фиг.6, отличается от предыдущих тем, что может быть использован в тех случаях, когда существенную роль в сопротивлении изоляции играет не только активная составляющая 20, но и реактивная, в частности емкостная составляющая 36.
В нормальном режиме принцип работы устройства не отличается от описанного ранее. В аварийном режиме по измерительной цепи, содержащей элементы 30, 31, 14, мостовой выпрямитель на диодах 32-35 и варистор 19, проходят токи - постоянный на выходе мостового выпрямителя и переменный от двух фаз переменного тока через резисторы 30 и 31 и варистор 19, что дает возможность учета реактивной составляющей сопротивления изоляции.
В тех случаях, когда не требуется оперативного отключения нагрузки и достаточна только индикация о неисправностях (структурная схема - фиг.7, узлы 36, 5, 29 - фиг.8 и 9), в нормальном режиме работы элемент 14' разомкнут и индикатор 38 не горит, в аварийном режиме замыкается элемент 14' и включается (загорается) индикатор 38, указывающий на уменьшение сопротивления изоляции ниже установленной нормы.
Устройство, изображенное на фиг.10, работает следующим образом.
В нормальном режиме работы элементы 41 и 44 замкнуты и обмотки возбуждения 39 и 46 выполняют свои основные функции, в аварийных режимах они замыкаются, обеспечивая снижение напряжения на нагрузке практически до нуля.
Авторами испытаны различные варианты предлагаемого устройства. В частности, для устройства фиг.2 в качестве элемента 19 использован варистор с порогом 80 В, с последовательным сопротивлением 33 кОм, элемент 14 - токовое реле РЭС 64 А с током срабатывания Icp=1,2-1,3 мА и с сопротивлением обмотки 10 кОм. Срабатывание узла 5 происходило при сопротивлении изоляции от 38 до 75 кОм в зависимости от напряжения сети 200-250 В.
Таким образом, предложенное устройство (варианты) обеспечивает защиту и контроль сопротивления изоляции электрических машин и аппаратов в широком диапазоне нагрузок.
Приведенные данные и сведения подтверждают возможность осуществления предлагаемого изобретения.
Источники информации
1. Патент РФ №2115986, кл. Н 02 Н 3/20, 7/08, опубл. 1998. Бюл. №20.
2. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках - М.: Энергия, 1979, с.274.
3. Патент РФ №2189603, кл. G 01 R 27/00, Н 02 Н 3/10, 3/16, опубл. 2002, Бюл №26.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ И ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН И АППАРАТОВ | 2004 |
|
RU2271059C1 |
СИСТЕМА КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ И ЗАЩИТА ИХ И ОПЕРАТОРА | 2006 |
|
RU2304833C1 |
БЛОЧНО-КОМПЛЕКТНАЯ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ С АВТОНОМНОЙ СИСТЕМОЙ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЕЙ | 2004 |
|
RU2270395C2 |
УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ И ТОКА УТЕЧКИ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ | 2002 |
|
RU2229764C1 |
УСТРОЙСТВО СЕЛЕКТИВНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ И МНОГОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ КАБЕЛЬНОЙ СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ | 2006 |
|
RU2317623C1 |
УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ И ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ С ГАШЕНИЕМ ПОЛЯ ГЕНЕРАТОРА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ | 2000 |
|
RU2189603C2 |
УСТРОЙСТВО КОМПЛЕКСНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ | 1995 |
|
RU2115986C1 |
УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ И ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ | 1999 |
|
RU2157039C1 |
УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ И КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ | 2000 |
|
RU2183375C2 |
УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ И КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ | 1999 |
|
RU2158996C2 |
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах защиты электрических аппаратов и установок. Устройство содержит генератор сети с измерительной цепью, исполнительный элемент, подключенный к сети через выпрямитель, исполнительный орган, соединенный с генератором сети, нагрузкой и входом выпрямителя. При этом выпрямитель питает измерительную цепь и исполнительный элемент. Выход измерительной цепи подключен к одному из входов исполнительного элемента, выход которого подключен к управляющему входу исполнительного органа. Исполнительный элемент выполнен в виде последовательно соединенных тиристора и обмотки управления исполнительным органом. Изобретение позволяет упростить устройство контроля, а также расширить его функциональные возможности и улучшить метрологические характеристики. 5 с. и 5 з.п. ф-лы, 10 ил.
УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ И ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ С ГАШЕНИЕМ ПОЛЯ ГЕНЕРАТОРА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ | 2000 |
|
RU2189603C2 |
УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ И ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ | 1999 |
|
RU2157039C1 |
Устройство для контроля сопротивления изоляции | 1977 |
|
SU750385A1 |
Устройство для сооружения щели в грунте | 1983 |
|
SU1168671A1 |
Авторы
Даты
2004-12-20—Публикация
2002-11-13—Подача