УСТРОЙСТВО И СПОСОБ РАЗМЫКАНИЯ ТОКА УТЕЧКИ Российский патент 2009 года по МПК G01R31/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству и способу размыкания тока утечки для детектирования тока утечки из электрической цепи под контролем для прерывания тока утечки.

Уровень техники

Повседневная жизнь продолжается почти без осведомленности об электричестве. Поскольку электричество широко применяется в качестве источника энергии в различных областях, таких как обработка информации, связь и тому подобных, оно незаменимо в современной жизни.

Так как электроэнергия важна и полезна, любая неисправность в ее надлежащем распределении и использовании может привести к авариям, таким как вызванные коротким замыканием возгорания, поражение электрическим током и т.п.

Например, ток утечки, который может вызвать такой несчастный случай с тяжелыми последствиями, в высокой степени связан с плохой изоляцией цепи или устройства, через которое протекает электрический ток. Однако проверка на ток утечки отнимает очень длительное время и требует кратковременных перерывов энергоснабжения, а значение величины электрического тока, соответствующего плохой изоляции, должно измеряться прибором для измерения сопротивления изоляции.

Современные компьютеры широко используются в обществе. В интеллектуальных зданиях и автоматике заводского оборудования (FA) компьютерные системы работают непрерывно, день и ночь. Такие компьютерные системы должны проверяться на любой ток утечки, в то время как они продолжают работать, то есть без выключения, даже на очень короткое время.

Поэтому настоящее высокоискушенное информационное общество требует содержания системы бесперебойного энергоснабжения. Ввиду этого для контроля за изоляцией цепей и устройств, через которые протекают электрические токи, было переложено с традиционного способа проверки на ток утечки прибором для измерения сопротивления изоляции с перерывом в электроснабжении на измерение тока утечки, которое может выполняться без перерыва в электроснабжении. Для этого контроля за изоляцией было предложено многообразие способов сохранения электроснабжения во время измерения тока утечки размыкателем тока утечки, пожарной сигнализации утечки на землю или тому подобных (как в публикации №2001-215247 и 2002-98729 нерассмотренной заявки на выдачу патента Японии).

Здесь отметим, что токи (I) утечки включают в себя ток (Igc) утечки, вызванный емкостью относительно земли, ток (Igr) утечки, вызванный сопротивлением изоляции на землю, непосредственно связанный с сопротивлением изоляции. Так как вышеупомянутое, вызванное коротким замыканием, возгорание является результатом сопротивления изоляции, если исключительно ток (Igr) утечки, который является результатом сопротивления изоляции, может точно детектироваться в цепи, возможно проверять состояние изоляции цепи и, таким образом, предотвращать катастрофический исход, такой как вызванное током короткого замыкания возгорание или тому подобное.

Сущность изобретения

На многих предприятиях, однако, электрические устройства присоединены друг к другу длинными электрическими линиями. Большая длина электрических линий будет добавлять емкость относительно земли, и, таким образом, ток (Igc) утечки, являющийся результатом емкости относительно земли, будет соответственно большим.

К тому же, каждое из таких электрических устройств содержит установленный в нем инвертор, в котором применено мощное полупроводниковое устройство. Поскольку инвертор используется в качестве быстродействующего переключателя, ток гармонических искажений будет неминуемо возникать в виде синусоидального сигнала, чья частота является целым, кратным 50 или 60 Гц, каковые являются основной частотой электроснабжения от промышленной сети. Так как ток гармонических искажений содержит высокочастотную составляющую, она будет протекать в электрические линии через емкость относительно земли, естественно распределенную вдоль электрических линий, и увеличивать значение тока (I) утечки.

Поэтому, ток (Igr) утечки, являющийся результатом сопротивления изоляции относительно земли, связанный непосредственно с качеством изоляции, будет подвергаться неблагоприятному влиянию током гармонических искажений, вызванным длиной электрических линий, инвертором и т.п., и, таким образом, станет затруднительным для точного детектирования.

К тому же, электронные устройства, в которых детали установлены с высокой плотностью, такие как телефон, факс, принтер, копировальное устройство и т.п., когда ток утечки измеряется прибором для измерения сопротивления изоляции или тому подобным для локализации плохой изоляции, электронные схемы, возможно, будут подвергаться воздействию прикладываемого испытательного напряжения. Поэтому, поскольку возможно, что такие электронные устройства будут повреждены функционально, многие из них не могут контролироваться на сопротивление изоляции.

Поэтому, желательно преодолеть вышеупомянутые недостатки предшествующего уровня техники посредством предоставления устройства и способа размыкания тока утечки для измерения тока утечки, протекающего через электрические линии, производственное оборудование или тому подобное, и детектирования только тока (Igr) утечки, являющегося результатом сопротивления изоляции относительно земли, непосредственно связанного с качеством изоляции, простым и безопасным образом, снаружи, без вынуждения размыкать электрические линии, производственное оборудование или тому подобное во время детектирования тока утечки, без какого бы то ни было функционального повреждения устройств, присоединенных к электрическим линиям под контролем, и с разрыванием электрических линий под контролем только на основе детектированного тока утечки.

Согласно настоящему изобретению представлен размыкатель тока утечки, включающий в себя согласно настоящему изобретению средство детектирования тока утечки для детектирования тока утечки, протекающего через электрические линии под контролем; средство преобразования для преобразования тока утечки, детектированного средством детектирования тока утечки, в напряжение; средство усиления для усиления напряжения, выведенного из средства преобразования; первое средство удаления гармонической составляющей для удаления гармонической составляющей из напряжения, усиленного средством усиления; средство детектирования напряжения для детектирования напряжения, развившегося на электрических линиях под контролем; второе средство удаления гармонической составляющей для удаления гармонической составляющей из напряжения, детектированного средством детектирования напряжения; средство детектирования фазового контраста для детектирования контраста в форме сигнала между напряжением, из которого была удалена гармоническая составляющая первым средством удаления гармонической составляющей, и напряжением, из которого была удалена гармоническая составляющая вторым средством удаления гармонической составляющей; средство расчета частоты для расчета частоты, имеющей место в линии напряжения, на которой было детектировано напряжение средством детектирования напряжения, на основе формы сигнала напряжения, содержавшего гармоническую составляющую, удаленную вторым средством удаления гармонической составляющей; средство расчета фазового угла для расчета фазового угла тока утечки, протекающего через электрические линии под контролем, на основе фазового контраста, детектированного средством детектирования фазового контраста, и частоты, рассчитанной средством расчета частоты; средство расчета среднеквадратического значения для расчета среднеквадратического значения напряжения, имеющего гармоническую составляющую, удаленную первым средством удаления гармонической составляющей; средство расчета вызванной сопротивлением изоляции относительно земли составляющей тока утечки для расчета составляющей тока утечки, являющейся результатом сопротивления изоляции относительно земли, включенной в ток утечки, протекающий через электрические линии под контролем, на основе среднеквадратического значения, рассчитанного средством расчета среднеквадратического значения, и фазового угла тока утечки, протекающего через электрические линии под контролем, рассчитанного средством расчета фазового угла; средство оценки для оценки, превысила ли составляющая тока утечки, являющаяся результатом сопротивления изоляции относительно земли, включенная в ток утечки, протекающий через электрические линии под контролем, и рассчитанная средством расчета вызванной сопротивлением изоляции относительно земли составляющей тока утечки, произвольно выбранное значение; и средство размыкания цепи для размыкания электрических линий под контролем на основе оценки, произведенной средством оценки.

Согласно настоящему изобретению представлен также способ прерывания тока утечки, включающий в себя согласно настоящему изобретению этап детектирования тока утечки по детектированию тока утечки, протекающего через электрические линии под контролем; этап преобразования по преобразованию тока утечки, детектированного на этапе детектирования тока утечки, в напряжение; этап усиления по усилению напряжения, выведенного после этапа преобразования; этап первого удаления гармонической составляющей по удалению гармонической составляющей из напряжения, усиленного на этапе усиления; этап детектирования напряжения по детектированию напряжения, развившегося на электрических линиях под контролем; этап второго удаления гармонической составляющей по удалению гармонической составляющей из напряжения, детектированного на этапе детектирования напряжения; этап детектирования фазового контраста по детектированию контраста в форме сигнала между напряжением, из которого была удалена гармоническая составляющая на этапе первого удаления гармонической составляющей, и напряжением, из которого была удалена гармоническая составляющая на этапе второго удаления гармонической составляющей; этап расчета частоты по расчету частоты сети, имеющей место в линии напряжения, на которой было детектировано напряжение на этапе детектирования напряжения, на основе формы сигнала напряжения, содержавшего гармоническую составляющую, удаленную на этапе второго удаления гармонической составляющей; этап расчета фазового угла по расчету фазового угла тока утечки, протекающего через электрические линии под контролем, на основе фазового контраста, детектированного на этапе детектирования фазового контраста, и частоты сети, рассчитанной на этапе расчета частоты; этап расчета среднеквадратического значения по расчету среднеквадратического значения напряжения, имеющего гармоническую составляющую, удаленную на этапе первого удаления гармонической составляющей; этап расчета вызванной сопротивлением изоляции относительно земли составляющей тока утечки по расчету составляющей тока утечки, являющейся результатом сопротивления изоляции относительно земли, включенной в ток утечки, протекающий через электрические линии под контролем, на основе среднеквадратического значения, рассчитанного на этапе расчета среднеквадратического значения, и фазового угла тока утечки, протекающего через электрические линии под контролем, рассчитанного на этапе расчета фазового угла; этап оценки по оценке того, превысила ли составляющая тока утечки, являющаяся результатом сопротивления изоляции относительно земли, включенная в ток утечки, протекающий через электрические линии под контролем, и рассчитанная на этапе расчета вызванной сопротивлением изоляции относительно земли составляющей тока утечки, произвольно выбранное значение; и этап размыкания по размыканию электрических линий под контролем на основе оценки, произведенной на этапе оценки.

Эти цели, а также другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из последующего подробного описания наилучшего варианта осуществления настоящего изобретения, при рассмотрении вместе с прилагаемыми чертежами.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - структурная схема детектора тока утечки согласно настоящему изобретению;

фиг.2 иллюстрирует фазовые контрасты между токами Igr и Igc утечки, когда электроснабжение является однофазным и трехфазным, соответственно;

фиг.3 показывает конфигурацию размыкателя цепи, включенного в детектор тока утечки согласно настоящему изобретению;

фиг.4 показывает, в виде форм сигналов, детектирование тока утечки детектором тока утечки согласно настоящему изобретению;

фиг.5 показывает, в векторном виде, детектирование тока утечки детектором тока утечки согласно настоящему изобретению;

фиг.6 показывает последовательность операций детектора тока утечки согласно настоящему изобретению;

фиг.7 показывает первый пример данных, когда электрические линии фактически контролируются детектором тока утечки согласно настоящему изобретению;

фиг.8 показывает второй пример данных, когда электрические линии фактически контролируются детектором тока утечки согласно настоящему изобретению;

фиг.9 показывает фазовый контраст между преобразованными напряжениями V1 и V2, поданными на компаратор;

фиг.10А показывает форму сигнала преобразованного напряжения VI, подаваемого на компаратор, и форму сигнала, являющуюся результатом преобразования меандра, созданного на основании преобразованного напряжения V1, а фиг.10В показывает форму сигнала напряжения V2, подаваемого на компаратор, и форму сигнала, являющуюся результатом преобразования меандра, созданного на основании напряжения V2; и

фиг.11 показывает форму сигнала, являющуюся результатом преобразования меандра, созданного на основании преобразованного напряжения V1, показанного на фиг.10, и форму сигнала, формируемую, когда расчет EXOR выполняется на основании формы сигнала являющейся результатом преобразования меандра, созданного на основании напряжения V2.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение ниже будет подробно описано по прерывателю тока утечки, в качестве его варианта осуществления, со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Как показано на фиг.1, прерыватель тока утечки, в целом обозначенный позицией 1, включает в себя датчик 10 типа трансформатора тока (ниже будет указываться как «датчик СТ»), закрепленный на всех электрических линиях А под контролем для детектирования тока I утечки, протекающего через электрические линии А, усилитель 11 для преобразования тока I утечки, детектированного датчиком 10 СТ, в напряжение и усиления напряжения V1, являющегося результатом преобразования (ниже будет указываться как «преобразованное напряжение»), фильтр 12 нижних частот (ниже будет указываться как «ФНЧ») для удаления гармонической составляющей из преобразованного напряжения V1 после усиления, двухполупериодный выпрямитель 13 для выпрямления преобразованного напряжения V1, содержавшего гармоническую составляющую, удаленную посредством ФНЧ 12, детектор 14 напряжения для детектирования напряжения V2 из линии напряжения, включенной в электрические линии А, трансформатор 15 для изменения напряжения V2, детектированного детектором 14 напряжения с предопределенным коэффициентом трансформации, фильтр 16 нижних частот (ниже будет указываться как «ФНЧ») для удаления гармонической составляющей из напряжения V2, измененного трансформатором 15, чтобы обладать предопределенным значением, двухполупериодный выпрямитель 17 для выпрямления преобразованного напряжения V2, из которого была удалена гармоническая составляющая посредством ФНЧ 16, компаратор 18 для выполнения сравнения между формой S1 сигнала преобразованного напряжения V1, имеющего гармоническую составляющую, удаленную посредством ФНЧ 12, и формой S2 сигнала напряжения V2, имеющего гармоническую составляющую, удаленную посредством ФНЧ 16, вычислитель 19 для выполнения предопределенного расчета на основе результата сравнения из компаратора 18, узел 20 измерения длительности фазового импульса для измерения длительности фазового импульса на основе результата расчета из вычислителя 19, узел 21 измерения частоты сети для измерения частоты сети, имеющей место в линии напряжения, включенной в электрические линии А, по сигналу, показывающему напряжение V2, содержавшее гармоническую составляющую, удаленную посредством ФНЧ 16, вычислитель 22 фазового угла для расчета фазового угла тока I утечки, протекающего через электрические линии А, по длительности фазового импульса, измеренной узлом 20 измерения длительности фазового импульса, и частоте сети, измеренной узлом 21 измерения частоты сети, аналого-цифровой преобразователь 23 для преобразования преобразованного напряжения V1, выпрямленного двухполупериодным выпрямителем 13, в цифровой сигнал, вычислитель 24 среднеквадратического значения для расчета среднеквадратического значения преобразованного напряжения V1, преобразованного аналого-цифровым преобразователем 23 в цифровой сигнал, аналого-цифровой преобразователь 25 для преобразования напряжения V2, выпрямленного двухполупериодным выпрямителем 17, в цифровой сигнал, вычислитель 26 среднеквадратического значения для расчета среднеквадратического значения напряжения V2, преобразованного аналого-цифровым преобразователем 25 в цифровой сигнал, вычислитель 27 тока утечки для расчета тока Igr утечки, являющегося результатом сопротивления изоляции относительно земли, по фазовому углу тока I утечки, рассчитанному вычислителем 22 фазового угла, и среднеквадратическому значению преобразованного напряжения V1, рассчитанному вычислителем 24 среднеквадратического значения, вычислитель 28 сопротивления для расчета значения сопротивления изоляции относительно земли по току I утечки, рассчитанному вычислителем 27 тока утечки, и среднеквадратическому значению напряжения V2, рассчитанному вычислителем 26 среднеквадратического значения, узел 29 оценки для оценки того, превысил ли ток Igr утечки, рассчитанный вычислителем 27 тока утечки, произвольно выбранное значение, размыкатель 30 цепи для размыкания электрических линий А на основе результата оценки из узла 29 оценки и узел 33 связи для осуществления связи с внешним устройством. Подобно традиционному размыкателю тока утечки на землю, размыкатель 30 цепи обладает быстродействием размыкания приблизительно от 2 периодов (0,04 с при частоте сети в 50 Гц) до 5 периодов (0,1 с при частоте сети в 50 Гц). К тому же, следует отметить, что в прерывателе 1 тока утечки согласно настоящему изобретению блок, указанный литерой В на фиг.1, выполнен в виде микросхемы для детектирования среднеквадратического значения I₀ в традиционном размыкателе тока утечки.

Вышеупомянутый датчик 10 СТ детектирует магнетизм, являющийся результатом составляющей тока утечки, протекающего через электрические линии А под контролем, и вырабатывает ток согласно детектированному магнетизму. Датчик 10 СТ снабжает усилитель 11 током, выработанным, таким образом, в качестве тока I утечки. Следует отметить, что ток I, вырабатываемый датчиком 10 СТ, содержит ток Igc утечки, являющийся результатом емкости относительно земли, и ток Igr утечки, являющийся результатом сопротивления изоляции относительно земли, непосредственно связанный с сопротивлением изоляции. Также следует отметить, что ток Igc утечки будет возрастать в соответствии с длиной электрических линий А и также будет возрастать вследствие тока гармонических искажений, возникающих от инвертора, фильтра защиты от помех и тому подобного, включенного в электрическое устройство.

Усилитель 11 преобразует ток I утечки, подаваемый с датчика 10 СТ, в напряжение и усиливает преобразованное напряжение V1 до предопределенного уровня. К тому же, в случаях, где ток I утечки, подаваемый с датчика 10 СТ, составляет от 0 до 10 мА, усилитель 11 усиливает преобразованное напряжение V1 в два этапа. В случаях, где ток I утечки, подаваемый с датчика 10 СТ, составляет от 10 до 300 мА, усилитель 11 усиливает преобразованное напряжение V1 за один этап. Усилитель 11 подает преобразованное напряжение V1, после усиления, на ФНЧ 12. ФНЧ 12 удаляет (отфильтровывает) гармоническую составляющую из преобразованного напряжения V1. ФНЧ 12 подает преобразованное напряжение V1, содержавшее гармоническую составляющую, удаленную таким образом, на двухполупериодный выпрямитель 13 и компаратор 18. Двухполупериодный выпрямитель 13 выпрямляет поданное преобразованное напряжение V1 и подает преобразованное напряжение V1, выпрямленное таким образом, на аналого-цифровой преобразователь 23.

Детектор 14 напряжения имеет свой пробник напряжения, присоединенный к электрическим линиям А под контролем для детектирования напряжения, развившегося на линии напряжения, включенной в электрические линии А. Следует отметить, что, в случаях, где электрические линии принадлежат трехфазной трехпроводной системе (типу соединения треугольником), детектор 14 напряжения детектирует напряжение между фазами R и Т вне фазы S (заземления). К тому же, в случаях, где электрические линии А принадлежат трехфазной четырехпроводной системе (типу соединения звездой), детектор 14 напряжения детектирует напряжение между фазами, вне провода заземления. К тому же, в случаях, где электрические линии А принадлежат однофазной двухпроводной системе, детектор 14 напряжения детектирует напряжение между фазами N и L.

Детектор 14 напряжения определяет опорную точку по напряжению V2, детектированному из электрических линий А и подает напряжение V2 на трансформатор 15. Например, детектор 14 напряжения определяет, в качестве опорной точки, точку, где напряжение V2, детектированное из электрических линий А, пересекает ноль (точку перехода нуля).

Трансформатор 15 изменяет поданное напряжение V2 в напряжение предопределенного значения и подает трансформированное напряжение V на ФНЧ 16. Трансформатор 15 изменяет напряжение V2, например, с коэффициентом трансформации 20: 1. ФНЧ 16 удаляет гармоническую составляющую из подаваемого напряжения V2. ФНЧ 16 подает напряжение V2, содержавшее удаленную гармоническую составляющую, на двухполупериодный выпрямитель 17, компаратор 18 и узел 21 измерения частоты сети. Двухполупериодный выпрямитель 17 выпрямляет поданное напряжение V2 и подает выпрямленное напряжение V2 на аналого-цифровой преобразователь 25.

Компаратор 18 воспринимает точку перехода нуля преобразованного напряжения V1, подаваемого с ФНЧ 12, и преобразует напряжение V1 в сигнал, содержащий меандр, и подает сигнал меандра в вычислитель 19. К тому же, компаратор 18 воспринимает точку перехода нуля преобразованного напряжения V2, подаваемого с ФНЧ 16, и преобразует его в сигнал, содержащий меандр, и подает сигнал меандра в вычислитель 19.

Вычислитель 19 производит предопределенный расчет на основе сигнала, подаваемого с компаратора 18, и подает рассчитанный сигнал в узел 20 измерения длительности фазового импульса. Вычислитель 19, например, является схемой EXOR (исключающего ИЛИ) для выполнения EXOR расчета двух сигналов меандра из компаратора 18.

Узел 20 измерения длительности фазового импульса детектирует длительности фазовых импульсов преобразованных напряжений V1 и V2 на основе результата расчета из вычислителя 19. Узел 20 измерения длительности фазового импульса функционирует, как будет пояснено ниже.

Если электрические линии А под контролем принадлежат однофазной системе, фазовый угол θ тока Igr утечки составляет 0 градусов, а фазовый угол θ тока Igc утечки составляет 90 градусов, как показано на фиг.2А. Поэтому фазовый контраст между токами Igr и Igc утечки составляет 90 градусов (1/4 периода). К тому же, в случаях, где сеть электропитания является трехфазной, фазовый угол θ тока Igr утечки составляет 60 градусов, а фазовый угол θ тока Igc утечки составляет 0 градусов, как показано на фиг.2В. Поэтому фазовый контраст между токами Igr и Igc утечки составляет 60 градусов (1/6 периода). Таким образом, узел 20 измерения длительности фазового импульса применим для длительности фазового импульса в 1/4 или менее одного периода, так что он может измерять фазовый угол, является ли сеть электропитания однофазной или трехфазной.

Поэтому узел 20 измерения длительности фазового импульса снабжает вычислитель 22 фазового угла фазовым импульсом, длительностью менее чем 1/4 одного периода, рассчитанной на основании результата расчета из вычислителя 19. Следует отметить, что, в случаях, где частотой сети является 60 Гц, один период составляет 16,6 мс, и соответственно длительность фазового импульса составляет 4,15 мс или менее, и что в случаях, где частотой сети является 50 Гц, один период составляет 20 мс, и соответственно длительность фазового импульса составляет 5 мс или менее.

Узел 21 измерения частоты сети измеряет частоту сети на основе напряжения V2, подаваемого из ФНЧ 16, и подает результат измерения в вычислитель 22 фазового угла. Следует отметить, что, в случаях, где электрические линии А под контролем предназначены для электроснабжения от промышленной сети, результатом измерения из узла 21 измерения частоты сети является 50 или 60 Гц. К тому же, узел 21 измерения частоты сети может быть приспособлен для оценки на основании напряжения V2, подаваемого из ФНЧ 16, того, 50 или 60 Гц составляет частота сети.

Вычислитель 22 фазового угла рассчитывает, согласно равенству (1), приведенному ниже, фазовый угол θ тока I утечки, протекающего через электрические линии А под контролем, на основе длительности W фазового импульса, подаваемого из узла 20 измерения длительности фазового импульса, и частоты F сети, подаваемой из узла 21 измерения частоты сети:

Вычислитель 22 фазового угла подает рассчитанный фазовый угол θ в вычислитель 27 тока утечки.

Аналого-цифровой преобразователь 23 преобразует преобразованное напряжение V1, подаваемое с двухполупериодного выпрямителя 13, в цифровой сигнал и подает цифровой сигнал в вычислитель 24 среднеквадратического значения. Вычислитель 24 среднеквадратического значения рассчитывает, согласно равенству (2), приведенному ниже, среднеквадратическое значение I₀ по преобразованному напряжению VI на основе сигнала, подаваемого из аналого-цифрового преобразователя 23. Следует отметить, что сигнал, подаваемый в вычислитель 24 среднеквадратического значения, взят в качестве I₀ для удобства, так как он основан на преобразованном напряжении VI, являющемся результатом преобразования тока I утечки, протекающего через электрические линии А под контролем:

Вычислитель 24 среднеквадратического значения подает рассчитанное среднеквадратическое значение I₀ в вычислитель 27 тока утечки.

К тому же, аналого-цифровой преобразователь 25 преобразует выпрямленное напряжение V2, подаваемое с двухполупериодного выпрямителя 17, в цифровой сигнал и подает цифровой сигнал в вычислитель 26 среднеквадратического значения. Вычислитель 26 среднеквадратического значения рассчитывает, согласно равенству (3), приведенному ниже, среднеквадратическое значение V₀ напряжения V2 на основе сигнала, подаваемого из аналого-цифрового преобразователя 25:

Вычислитель 26 среднеквадратического значения подает рассчитанное среднеквадратическое значение V₀ в вычислитель 28 сопротивления.

Вычислитель 27 тока утечки рассчитывает ток Igr утечки на основе фазового угла θ, подаваемого из вычислителя 22 фазового угла, и среднеквадратического значения I₀, подаваемого из вычислителя 24 среднеквадратического значения, и подает рассчитанный ток Igr утечки в вычислитель 28 сопротивления. Должно быть отмечено, что, в случаях, где сеть электропитания является однофазной, ток Igr утечки должен рассчитываться с использованием равенства (4), приведенного ниже, и что, в случаях, где сеть электропитания является трехфазной, ток Igr утечки должен рассчитываться с использованием равенства (5), приведенного ниже:

Отметим, что вычислитель 27 тока утечки оценивает, на основании выбранного положения поворотного переключателя, однофазной или трехфазной является сеть электропитания.

Вычислитель 28 сопротивления рассчитывает, согласно равенству (6), приведенному ниже, сопротивление Gr на основе среднеквадратического значения V₀, подаваемого из вычислителя 26 среднеквадратического значения, и тока Igr утечки, подаваемого из вычислителя 27 тока утечки:

В случаях, где ток Igr утечки, рассчитанный вычислителем 27 тока утечки, превышает произвольно выбранное значение, узел 29 оценки формирует предопределенный сигнал S_c выключения и подает сигнал S_c выключения, сформированный таким образом, на размыкатель 30 цепи.

Размыкатель 30 цепи размыкает линии А под контролем на основе сигнала S_c выключения, подаваемого из узла 29 оценки. К тому же, размыкатель 30 цепи сделан из пусковой катушки ТС и тому подобного, как показано на фиг.3, и размыкает электрические линии А на основе сигнала S_c выключения, подаваемого из узла 29 оценки.

К тому же, прерыватель 1 тока утечки может включать в себя задающий узел 31, для задания произвольно выбранного значения, и может быть сконструирован, из условия чтобы узел 29 оценки оценивал, превысил ли ток Igr утечки, рассчитанный вычислителем 27 утечки, произвольно выбранное значение, заданное посредством задающего узла 31. В этом случае задающий узел 31 может быть приспособлен для выбора множества заданных величин посредством поворотного переключателя. К тому же, значения задаются с шагом в 10 мА.

К тому же, прерыватель 1 тока утечки может включать в себя узел 32 записи для записи тока Igr утечки, рассчитанного вычислителем 27 тока утечки. Поскольку узел 32 записи записывает ток Igr утечки, рассчитанный вычислителем 27 тока утечки с каждым истекшим временным интервалом, пользователь может узнать, каким образом ток Igr утечки изменяется по мере того, как продолжается время.

Например, предполагается, что пользователь присоединяет монитор к прерывателю 1 тока утечки через разъем связи, чтобы осуществить доступ к данным, сохраненным в узле 32 записи. Следует отметить, что прерыватель 1 тока утечки должен быть заранее наделен уникальным номером ID (идентификатора).

В этом случае, монитор будет считывать среднеквадратическое значение I₀, рассчитанное вычислителем 24 среднеквадратического значения, ток Igr утечки, рассчитанный вычислителем 27 тока утечки, напряжение V на электрических линиях А, детектированное детектором 14 напряжения, частоту, измеренную узлом 21 измерения частоты сети, и номер ID прерывателя 1 тока утечки из прерывателя 1 тока утечки через разъем связи. К тому же, монитор имеет круглый разъем для присоединения к узлу 33 связи и содержит механизм предупреждения рассоединения для предупреждения плохого контакта с узлом 33 связи.

Когда обнаруживается, из того, каким образом ток Igr утечки изменился со временем, что ток Igr утечки мгновенно достиг произвольно выбранного значения, например с помощью обращения к данным, сохраненным в узле 32 записи, весьма вероятно, что ток утечки был вызван устройством, введенным в действие или уже в находящимся действии, когда ток Igr утечки достиг произвольно выбранного значения, каковое может использоваться в качестве информации для определения местоположения утечки.

К тому же, когда обнаруживается, из того, каким образом ток Igr утечки изменился со временем, что ток Igr утечки повышался постепенно, например, устройство, быть может, служащее причиной тока утечки, может быть своевременно локализовано посредством контроля устройства во время функционирования.

Прерыватель 1 тока утечки, сконструированный как приведено выше, согласно настоящему изобретению может работать даже с электрическими линиями А трехфазной системы, например таким же образом, как с однофазной сетью. Далее будет пояснен принцип устройства прерывателя 1 тока утечки согласно настоящему изобретению.

Датчик 10 СТ закрепляется на электрических линиях А под контролем и детектирует формы сигналов между фазами R и S, между фазами S и Т и между фазами Т и R, которые отличаются на 120 градусов друг от друга, как показано на фиг.4А. Следует отметить, что фиг.4А показывает формы сигналов для удобства пояснения, но формы сигналов, детектированные датчиком 10 СТ, являются синтетическими. Синтетические формы сигналов, детектируемые датчиком 10 СТ, подаются в вычислитель 19 через усилитель 11, ФНЧ 12 и компаратор 18.

К тому же, детектор 14 напряжения имеет свой пробник напряжения присоединенный между фазами R и Т для детектирования напряжения между фазами R и Т и инвертирует детектированное напряжение, как показано на фиг.4В. Детектор 14 напряжения принимает, в качестве опорной точки а, точку, содержащую переход через ноль с предопределенной точкой детектированного напряжения. Напряжение V2, чья опорная точка а определена таким образом, подается в вычислитель 19 через трансформатор 15, ФНЧ 16 и компаратор 18.

Например, в случаях, где имеет место только ток Igr утечки на фазе R электрических линий А (ток Igr утечки ниже будет указываться как «Igr фазы R») и только ток Igr утечки имеет место на фазе Т (этот ток Igr утечки ниже будет указываться как «Igr фазы Т»), Igr фазы R будет обладать фазовым контрастом в 120 градусов относительно опорной точки а, тогда как Igr фазы Т будет обладать фазовым контрастом в 60 градусов относительно опорной точки а, как показано на фиг.4С.

К тому же, в случаях, где имеет место только ток Igc утечки на фазе R электрических линий А (ток Igc утечки ниже будет указываться как «Igc фазы R») и только ток Igc утечки имеет место на фазе Т (этот ток Igc утечки ниже будет указываться как «Igc фазы Т»), синтетическая форма сигнала Igc фазы R и Igc фазы Т будет обладать фазовым контрастом в 180 градусов (0 градусов) относительно опорной точки а, как показано на фиг.4D.

Кроме того, в случаях, когда токи Igr и Igc утечки имеют место на фазе R электрических линий А под контролем и также на фазе Т, синтетическая форма сигнала будет такой, как показано на фиг.4Е.

К тому же, вышеприведенное описание представлено в векторном виде, как изложено ниже. Поскольку электрические линии А под контролем принадлежат трехфазной системе, вектор является таким, как показано на фиг.5А. Напряжение между фазами R и Т детектируется детектором 14 напряжения, и опорная точка а определяется из детектированного напряжения. Однофазный вектор является таким, как схематично показано на фиг.5В. Следует отметить, что фазовый контраст между Igr фазы R и опорной точкой а составляет 60 градусов, тогда как фазовый контраст между Igr фазы Т и опорной точкой а составляет 120 градусов.

К тому же, в случаях, когда электрические линии А под контролем принадлежат однофазной системе, Igc фазы R может находиться в точке 90 градусов от Igr фазы R, а Igc фазы Т может находиться в точке 90 градусов от Igr фазы Т, так как фазовый контраст между токами Igr и Igc утечки составляет 90 градусов, как описывалось выше со ссылкой на фиг.2А. К тому же, синтетический вектор Igc, выведенный из Igc фазы R и Igc фазы Т, может быть найден в точке 180 градусов (0 градусов) от опорной точки а (как на фиг.5С).

Поэтому, в случаях, где имеет место, например, только Igr фазы R в электрических линиях А, синтетический вектор, выведенный из Igr и Igc фазы R, то есть ток I₀ утечки, протекающий через электрические линии А, может быть представлен, как показано на фиг.5D. Следует отметить, что вышеупомянутое равенство (5) может быть выведено для расчета Igr фазы R, как показано на фиг.5D. К тому же, должно быть отмечено, что фазовый контраст θ тока I₀ утечки изменяется от 60 до 180 градусов относительно опорной точки а, в соответствии с амплитудой Igr и Igc фазы R.

К тому же, в случаях, где имеет место, например, только Igr фазы Т в электрических линиях А, синтетический вектор, выведенный из Igr и Igc фазы Т, то есть ток I₀ утечки, протекающий через электрические линии А, может быть представлен, как показано на фиг.5Е. Следует отметить, что вышеупомянутое равенство (5) может быть выведено для расчета Igr фазы Т, как показано на фиг.5Е. К тому же, следует отметить, что фазовый контраст θ тока I₀ утечки изменяется от 120 до 180 градусов относительно опорной точки а в соответствии с амплитудой Igr и Igc фазы Т.

Работа прерывателя 1 тока утечки согласно настоящему изобретению для детектирования тока Igr утечки, протекающего через электрические линии А под контролем, и размыкания последних на основе детектированного тока Igr утечки будет пояснена со ссылкой на блок-схему, показанную на фиг.6. Следует отметить, что, подразумевается, прерыватель 1 тока утечки является встроенным в существующий размыкатель утечки на землю, но он может быть установлен и снаружи существующего размыкателя тока утечки на землю, если он не может в него быть встроенным.

На этапе ST1, пользователь переключает поворотный переключатель (не показан) прерывателя 1 тока утечки в соответствии с типом электрических линий А под контролем (однофазной двухпроводной системы, однофазной трехпроводной системы или трехфазной трехпроводной системы). Следует отметить, что на этапе ST1 электрические линии А разомкнуты.

На этапе ST2, пользователь управляет задающим узлом 31, чтобы установить произвольно выбранное значение.

На этапе ST3, пользователь включает прерыватель 1 тока утечки.

После этого в прерывателе 1 тока утечки вычислитель 27 тока утечки рассчитывает ток Igr утечки через электрические линии А под контролем, а узел 29 оценки оценивает, достиг ли ток Igr утечки произвольно выбранного значения. Когда узел 29 оценки в прерывателе 1 тока утечки определяет, что ток Igr утечки достиг произвольно выбранного значения, размыкатель 30 цепи разомкнет электрические линии А.

Фиг.7 показывает первый результат фактического измерения тока утечки электрических линий А в прерывателе 1 тока утечки согласно настоящему изобретению. Результат, показанный на фиг.7, является результатом измерения, произведенного в щите электропитания потолочного ввода сети электропитания и распределительной коробке (панели высоковольтного ввода) (частота сети: 50 Гц; сетевое напряжение: 200 В; тип низковольтных линий под контролем: трехфазные трехпроводные, 150 кВА; комнатная температура: 41°С; влажность: 43%).

В эксперименте резистор в 20 кОм был присоединен, в качестве имитационного сопротивления изоляции, к фазе R на момент времени между 6-ой минутой и 9-ой минутой (3 минуты) от начала измерения; резистор в 20 кОм был присоединен, в качестве имитационного сопротивления изоляции, к фазе Т на момент времени между 9-ой минутой и 11-ой минутой (2 минуты) от начала измерения; резисторы были отсоединены на момент времени между 11-ой минутой и 12-ой минутой (1 минута) от начала измерения; резистор в 10 кОм был присоединен, в качестве имитационного сопротивления изоляции, к фазе R на момент времени между 12-ой минутой и 13-ой минутой (1 минута) от начала измерения; резистор 10 кОм был присоединен, в качестве имитационного сопротивления изоляции, к фазе Т на момент времени между 13-ой минутой и 15-ой минутой (2 минуты) от начала измерения, и резисторы были отсоединены на 15-ой минуте от начала измерения.

Например, в случаях, где резистор в 20 кОм присоединен, в качестве имитационного сопротивления изоляции, к фазе R, через электрические линии А под контролем дополнительно будет протекать ток, обладающий следующим теоретическим значением для имитационного сопротивления изоляции:

Igr=V/R=200/(20×10³)=10 мА

В прерывателе 1 тока утечки детектировался ток Igr утечки в 12,3 мА, когда резистор в 20 кОм был присоединен, в качестве имитационного сопротивления изоляции, к фазе R в момент времени 6-ой минуты от начала измерения, как показано на фиг.7. Так как токи Igr утечки до истечения 6-ой минуты от начала измерения, в момент времени между 11-ой и 12-ой минутами после начала измерения и 15-ой минуты от начала измерения составляют 2 мА в случаях, где каждый из резисторов не был присоединен в качестве имитационного сопротивления изоляции, вычитание 2 мА из тока Igr утечки после того, как резистор в 20 кОм присоединен к фазе R, будет давать в результате 10,3 мА, каковое означает, что прерыватель 1 тока утечки согласно настоящему изобретению мог измерять изменение в 10,3 мА. Это значение, в общем, является таким же, как теоретическое значение (10 мА).

К тому же, в случаях, где резистор в 20 кОм присоединен в качестве имитационного сопротивления изоляции, к фазе R, синтетическое сопротивление, выведенное из имитационного сопротивления изоляции и сопротивления до присоединения резистора в 20 кОм (Gr≈105,46 кОм (среднее значение сопротивления Gr между моментом времени до истечения 6-ой минуты от начала измерения)) будет задано, как показано ниже. В прерывателе 1 тока утечки, сопротивление Gr, измеренное в момент времени 6-ой минуты от начала измерения, составляет 17,2 кОм, каковое, в общем, является таким же, как вышеупомянутое теоретическое значение (16,3 кОм), как показано на фиг.7.

Gr=(20×10³×105,46×10³)/(20×10³+105,46×10³)≈16,3 кОм

К тому же, в случаях, где резистор в 20 кОм присоединен, в качестве имитационного сопротивления изоляции, к фазе Т, ток для имитационного сопротивления изоляции теоретически повышается на 10 мА, как приведено выше. В прерывателе 1 тока утечки ток Igr утечки, детектированный в момент времени между 9-ой минутой и 11 минутой от начала измерения, составляет приблизительно 12,4 мА, а вычитание 2 мА из измеренного значения дает в результате 10,4 мА, каковое является приблизительно таким же, как теоретическое значение (10 мА), как показано на фиг.7.

К тому же, синтетическое сопротивление Gr, когда резистор 20 кОм присоединен, в качестве имитационного сопротивления изоляции, к фазе Т, теоретически составляет 16,3 кОм, как приведено выше, а измеренное синтетическое сопротивление составляет 17,4 кОм, каковое означает, что измеренное сопротивление является почти таким же, как теоретическое значение.

К тому же, в прерывателе 1 тока утечки оба теоретических значения, тока Igr утечки и Gr, когда резистор в 10 кОм был присоединен, в качестве имитационного сопротивления изоляции, к фазе R или Т, также являются почти такими же, как их соответственные измеренные значения, как показано на фиг.7.

Кроме того, в прерывателе 1 тока утечки, когда резисторы, в качестве имитационного сопротивления изоляции, были отсоединены в момент времени между 11-ой и 12-ой минутами от начала измерения и в момент времени 15-ой минуты от начала измерения, ток Igr утечки, I₀ и Gr снова были такими же, как таковые, измеренные до присоединения резисторов в качестве сопротивления изоляции (в момент времени между 1-ой минутой и 5-ой минутой от начала измерения).

Фиг.8 показывает второй результат фактического измерения тока утечки электрических линий А в прерывателе 1 тока утечки согласно настоящему изобретению. Результат, показанный на фиг.8, является результатом измерения, произведенного в щите электропитания ввода сети электропитания и распределительной коробке (панели высоковольтного ввода) (частота сети: 50 Гц; сетевое напряжение: 200 В; тип низковольтных линий под контролем: трехфазные трехпроводные, 150 кВА).

В эксперименте конденсатор в 0,22 мкФ был присоединен, в качестве имитационной емкости, к каждой из фаз R и Т на момент времени между 1-ой минутой и 4-ой минутой (3 минуты) от начала измерения, резистор в 20 кОм был присоединен, в качестве имитационного сопротивления изоляции, к фазе Т на момент времени между 3-ей минутой и 4-ой минутой (1 минута) от начала измерения, и конденсатор и резистор были отсоединены в момент времени 4-ой минуты от начала измерения. То есть в момент времени между 3-ей и 4-ой минутой от начала измерения конденсатор был присоединен к каждой из фаз R и Т, а резистор был присоединен к фазе Т.

Когда конденсатор в 0,22 мкФ был присоединен, в качестве имитационной емкости, к каждой из фаз R и Т, емкостное сопротивление Х было следующим:

Х=l/2πfC=1/(2π×50×(0,22×10^-6+0,22×10^-6)≈7,23×10³

Поэтому, ток I, обладающий следующим значением, будет дополнительно протекать через электрические линии:

I=V/X=200/7,23×10³≈27,6 мА

К тому же, в случаях, где резистор в 20 кОм присоединен, в качестве имитационного сопротивления изоляции, к фазе Т, через электрические линии А под контролем дополнительно будет протекать ток, обладающий следующим теоретическим значением для имитационного сопротивления изоляции:

Igr=V/R=200/(20×10³)=10 мА

В прерывателе 1 тока утечки, детектировался ток Igr утечки в 7,8 мА и детектировался I₀ в 100,8 мА, когда конденсатор в 0,22 мкФ был присоединен, в качестве имитационной емкости, к каждой из фаз R и Т в момент времени 1-ой минуты от начала измерения, как показано на фиг.8. Должно быть отмечено, что I₀ является синтетическим током, выведенным из тока Igr утечки, являющегося результатом сопротивления изоляции, и тока Igc утечки, являющегося результатом емкости.

Поскольку ток Igr утечки, когда не присоединено никакого конденсатора в качестве имитационной емкости, составляет 7,6 мА (ток Igr утечки, измеренный в момент времени до истечения 1-ой минуты от начала измерения), как показано на фиг.8, то он будет немного изменяться, когда конденсатор присоединяется, в качестве имитационной емкости, к каждой из фаз R и Т.

С другой стороны, синтетический ток I₀, когда конденсатор, в качестве имитационной емкости, присоединен, составляет 75,9 мА (I₀ в момент времени до истечения 1-ой минуты от начала измерения). Вычитание I₀ (75,9 мА) до того, как конденсатор был присоединен в качестве имитационной емкости, из I₀ (100,8 мА) после того, как конденсатор был присоединен, будет давать в результате 24,9 мА, каковое является дополнительным током Igc утечки. Дополнительный ток Igc утечки приблизительно равен теоретическому значению (27,6 мА).

К тому же, в прерывателе 1 тока утечки детектировался ток Igr утечки в 21,0 мА и детектировался I₀ в 107,0 мА, когда конденсатор был присоединен, в качестве имитационной емкости, к каждой из фаз R и Т, и резистор был присоединен, в качестве имитационного сопротивления изоляции к фазе Т в момент времени между 3-й минутой и 4-й минутой от начала измерения, как показано на фиг.8.

Вычитание тока Igr утечки (8 мА (в момент времени 3-ей минуты от начала измерения) до того, как резистор, в качестве имитационного сопротивления изоляции, был присоединен к фазе Т, из тока Igr утечки (21 мА) после того, как был присоединен резистор, будет давать в результате 13 мА, каковое почти равно теоретическому значению (10 мА).

Работа компаратора 18 и вычислителя 19, когда резистор в 10 кОм присоединен, в качестве имитационного сопротивления, к фазе R, будет пояснена ниже со ссылкой на фиг.9-11.

Компаратор 18 снабжается преобразованным напряжением VI из ФНЧ 12 и напряжением V2 из ФНЧ 16, как показано на фиг.9. Фазовый контраст между преобразованным напряжением VI и напряжением V2 составляет 120 градусов. Компаратор 18 преобразует преобразованное напряжение V1, подаваемое из ФНЧ 12, в меандр и подает меандр в вычислитель 19, как показано на фиг.10А. К тому же, компаратор 18 преобразует напряжение V2, подаваемое из ФНЧ 16, в меандр и подает меандр в вычислитель 19, как показано на фиг.10В.

Вычислитель 19 производит EXOR расчет на основании меандра, являющегося результатом преобразования преобразованного напряжения V1, и меандра, являющегося результатом преобразования напряжения V2, как показано на фиг.11. Вычислитель 19 определяет длительность фазового импульса, меньшую, чем 1/4 периода, на основании сигнала, являющегося результатом EXOR расчета, и подает определенную длительность фазового импульса в вычислитель 22 фазового угла.

Прерыватель 1 тока утечки, сконструированный, как приведено выше, согласно настоящему изобретению детектирует ток I утечки, протекающий через электрические линии А под контролем, преобразует детектированный ток I утечки в напряжение и удаляет гармоническую составляющую из преобразованного напряжения, детектирует напряжение V2 из линии напряжения, включенной в электрические линии А, и удаляет гармоническую составляющую из детектированного напряжения V2, точно определяет фазовый угол θ тока I утечки, протекающего через электрические линии А на основе преобразованного напряжения V1, содержавшего удаленную гармоническую составляющую, и напряжения V2, содержавшего удаленную гармоническую составляющую, рассчитывает только ток Igr утечки, являющийся результатом сопротивления изоляции относительно земли по точному фазовому углу θ и среднеквадратическому значению I₀ преобразованного напряжения VI, содержавшего удаленную гармоническую составляющую, отслеживает рассчитанный ток Igr утечки и размыкает электрические линии А, когда ток Igr утечки превысил произвольное значение. Поэтому, так как прерыватель 1 тока утечки согласно настоящему изобретению может непосредственно детектировать только ток Igr утечки, являющийся результатом сопротивления изоляции относительно земли, в единицах мА, даже если ток Igc утечки, являющийся результатом емкости относительно земли, повышается вследствие увеличенной длины электрических линий А под контролем или вследствие инвертора или тому подобного, которые выдают мощность гармонических искажений, он может отслеживать ток Igr утечки и размыкать электрические линии А под контролем, только когда ток Igr утечки превышает произвольно выбранное значение. Поэтому прерыватель 1 тока утечки согласно настоящему изобретению не будет размыкать электрические линии А подобно традиционному размыкателю утечки на землю, даже если ток Igr утечки увеличивается вследствие любого компонента (увеличенного тока Igc утечки), иного чем ток Igr утечки.

К тому же, прерыватель 1 тока утечки согласно настоящему изобретению может детектировать ток Igr утечки без мгновенного прерывания подачи электроэнергии в электрические линии, производственное оборудование и тому подобное и может локализовать утечки тока или короткое замыкание до того, как последнее приведет к катастрофическому исходу, такому как вызванное коротким замыканием возгорание или тому подобное.

К тому же, так как прерыватель 1 тока утечки согласно настоящему изобретению определяет опорную точку по напряжению, развившемуся на линиях передачи, без использования какой бы то ни было опорной точки, как в способе подмешивания частоты, он может точно измерять ток Igr утечки, протекающий через электрические линии А под контролем.

В вышеизложенном, настоящее изобретение было подробно описано касательно определенных предпочтительных вариантов его осуществления, в качестве примеров, со ссылкой на прилагаемые чертежи. Однако специалистами в данной области техники должно быть понятно, что настоящее изобретение не ограничено вариантами осуществления и может быть модифицировано различными способами, сконструировано альтернативно или воплощено в разнообразных других формах, не выходя из его объема и сущности, которые изложены и определены в прилагаемой формуле изобретения.

Промышленная применимость

Как описано в вышеизложенном, в устройстве и способе размыкания тока утечки согласно настоящему изобретению детектируется ток утечки, протекающий через электрические линии под контролем, детектированный ток утечки преобразуется в напряжение, а гармоническая составляющая удаляется из преобразованного напряжения, детектируется напряжение, развившееся на линии напряжения, включенной в электрические линии, и гармоническая составляющая удаляется из детектированного напряжения, фазовый угол тока утечки, протекающего через электрические линии, точно определяется на основании преобразованного напряжения, имеющего удаленную гармоническую составляющую, и напряжения, имеющего удаленную гармоническую составляющую, исключительно ток утечки, являющийся результатом сопротивления изоляции относительно земли, рассчитывается по точному фазовому углу и среднеквадратическому значению преобразованного напряжения, имеющего удаленную гармоническую составляющую, рассчитанный ток Igr утечки отслеживается, а электрическая линия размыкается, когда ток утечки превысил произвольное значение. Поэтому в устройстве и способе размыкания тока утечки согласно настоящему изобретению возможно точно рассчитывать частоту сети (50 или 60 Гц, в случаях электроснабжения от промышленной сети) в электрических линиях по напряжению, содержавшему удаленную гармоническую составляющую, и точно детектировать фазовый контраст между формой сигнала введенного тока утечки, содержавшего удаленную гармоническую составляющую, и таковой у напряжения, содержавшего удаленную гармоническую составляющую, на основе рассчитанной частоты сети. Таким образом, фазовый угол тока утечки может быть точно рассчитан. К тому же, ток утечки, являющийся результатом только сопротивления изоляции относительно земли, рассчитывается по точному фазовому углу и среднеквадратическому значению тока утечки, содержавшего удаленную гармоническую составляющую, и электрические линии под контролем размыкаются в случаях, когда рассчитанный ток утечки превысил произвольно выбранное значение. Таким образом, даже если емкость относительно земли повышена вследствие увеличенной длины электрических линий под контролем или вследствие тока гармонических искажений, вызванного инвертором, является возможным детектировать исключительно ток утечки, являющийся результатом только сопротивления изоляции относительно земли и который может вызвать катастрофический исход, такой как вызванное коротким замыканием возгорание или тому подобное, и размыкать электрические линии под контролем на основе детектированного тока утечки.

К тому же, с помощью устройства и способа размыкания тока утечки согласно настоящему изобретению является возможным просто и безопасно измерять ток Igr утечки без вынуждения мгновенно отключать электрические линии и производственное оборудование для детектирования тока утечки.

Изобретение относится к электротехнике. Сущность: размыкатель тока утечки включает датчик для детектирования тока утечки, узел для преобразования детектированного тока утечки в напряжение, усилитель, первое средство для удаления гармонической составляющей из напряжения, детектор напряжения, развившегося на электрических линиях, второе средство для удаления гармонической составляющей детектированного напряжения, детектор фазового контраста по форме сигнала, содержавшего удаленную гармоническую составляющую, вычислитель частоты для расчета частоты, имеющей место в электрических линиях, на основании формы сигнала напряжения, содержавшего гармоническую составляющую, удаленную вторым средством удаления, вычислитель фазового угла для расчета фазового угла тока утечки на основе фазового контраста и частоты, вычислитель среднеквадратичного значения напряжения, содержавшего гармоническую составляющую, удаленную первым средством удаления, вычислитель для расчета составляющей Igr тока утечки, обусловленного сопротивлением изоляции относительно земли, на основе среднеквадратичного значения и фазового угла тока утечки, узел оценки того, превысила ли составляющая Igr тока утечки произвольное значение, и размыкатель для размыкания электрических линий на основе оценки, произведенной узлом оценки. Технический результат: возможность просто и безопасно детектировать только ток утечки, обусловленный сопротивлением изоляции относительно земли, и на основании него размыкать электрические линии. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Размыкатель тока утечки, содержащий:
средство детектирования тока утечки для детектирования тока утечки, протекающего через электрические линии под контролем;
средство преобразования для преобразования тока утечки, детектированного средством детектирования тока утечки, в напряжение;
средство усиления для усиления напряжения, выведенного из средства преобразования;
первое средство удаления гармонической составляющей для удаления гармонической составляющей из напряжения, усиленного средством усиления;
средство детектирования напряжения для детектирования напряжения, развившегося на электрических линиях под контролем;
второе средство удаления гармонической составляющей для удаления гармонической составляющей из напряжения, детектированного средством детектирования напряжения;
средство детектирования фазового контраста для детектирования контраста в форме сигнала между напряжением, из которого была удалена гармоническая составляющая первым средством удаления гармонической составляющей, и напряжением, из которого была удалена гармоническая составляющая вторым средством удаления гармонической составляющей;
средство расчета частоты для расчета частоты, имеющей место в линии напряжения, на которой было детектировано напряжение средством детектирования напряжения, на основе формы сигнала напряжения, содержавшего гармоническую составляющую, удаленную вторым средством удаления гармонической составляющей;
средство расчета фазового угла для расчета фазового угла тока утечки, протекающего через электрические линии под контролем, на основе фазового контраста, детектированного средством детектирования фазового контраста, и частоты, рассчитанной средством расчета частоты;
средство расчета среднеквадратического значения для расчета среднеквадратического значения напряжения, содержавшего гармоническую составляющую, удаленную первым средством удаления гармонической составляющей;
средство расчета вызванной сопротивлением изоляции относительно земли составляющей тока утечки для расчета составляющей тока утечки, являющейся результатом сопротивления изоляции относительно земли, включенной в ток утечки, протекающий через электрические линии под контролем, на основе среднеквадратического значения, рассчитанного средством расчета среднеквадратического значения, и фазового угла тока утечки, протекающего через электрические линии под контролем, рассчитанного средством расчета фазового угла;
средство оценки для оценки, превысила ли составляющая тока утечки, являющаяся результатом сопротивления изоляции относительно земли, включенная в ток утечки, протекающий через электрические линии под контролем, и рассчитанная средством расчета вызванной сопротивлением изоляции относительно земли составляющей тока утечки, произвольно выбранное значение; и
средство размыкания цепи для размыкания электрических линий под контролем на основе оценки, произведенной средством оценки.

2. Размыкатель тока утечки по п.1, дополнительно содержащий задающее средство для установки произвольно выбранного значения, средство оценки оценивает, превысила ли составляющая тока утечки, являющаяся результатом сопротивления изоляции относительно земли, включенная в ток утечки, протекающий через электрические линии под контролем, и рассчитанная средством расчета вызванной сопротивлением изоляции относительно земли составляющей тока утечки, произвольно выбранное значение, заданное посредством задающего средства.

3. Размыкатель тока утечки по п.1, дополнительно содержащий средство записи для записи составляющей тока утечки, рассчитанной средством расчета вызванной сопротивлением изоляции относительно земли составляющей тока утечки.

4. Размыкатель тока утечки по п.1, в котором средство детектирования тока утечки детектирует ток утечки, протекающий через электрические линии под контролем, с электрическими линиями под контролем, включающими в себя линию заземления, являющуюся охваченной.

5. Размыкатель тока утечки по п.1, в котором, в случаях, где электрические линии под контролем принадлежат трехфазной многопроводной системе, средство детектирования напряжения группирует напряжения, детектированные на множестве линий напряжения, включенных в электрические линии под контролем, и подает сгруппированные напряжения на второе средство удаления гармонической составляющей.

6. Размыкатель тока утечки по п.1, в котором средство расчета фазового угла рассчитывает, согласно равенству, приведенному ниже, фазовый угол θ тока утечки, детектированного средством детектирования тока утечки, по фазовому контрасту А, детектированному средством детектирования фазового контраста, и частоте F, рассчитанной средством расчета частоты:
θ=360·А/F.

7. Размыкатель тока утечки по п.1, в котором
средство расчета среднеквадратического значения рассчитывает, согласно равенству, приведенному ниже, среднеквадратическое значение I₀ по напряжению, содержавшему гармоническую составляющую, удаленную первым средством удаления гармонической составляющей:
I₀=I·(π/2)√2
средство расчета вызванного сопротивлением изоляции относительно земли тока утечки рассчитывает, согласно равенству, приведенному ниже, составляющую Igr тока утечки, являющуюся результатом сопротивления изоляции относительно земли, включенную в ток утечки, протекающий через электрические линии под контролем, по среднеквадратическому значению I₀, рассчитанному средством расчета среднеквадратического значения, и фазовому углу θ тока утечки, протекающего через электрические линии под контролем, и рассчитанному средством расчета фазового угла:
Igr=I₀·cosθ.

8. Размыкатель тока утечки по п.1, в котором, в случаях, где электрические линии под контролем принадлежат трехфазной многопроводной системе:
средство расчета среднеквадратического значения рассчитывает, согласно равенству, приведенному ниже, среднеквадратическое значение I₀ по напряжению, содержавшему гармоническую составляющую, удаленную первым средством удаления гармонической составляющей:
I₀=I·(π/2)√2
средство расчета вызванного сопротивлением изоляции относительно земли тока утечки рассчитывает, согласно равенству, приведенному ниже, составляющую Igr тока утечки, являющуюся результатом сопротивления изоляции относительно земли, включенную в ток утечки, протекающий через электрические линии под контролем, по среднеквадратическому значению I₀, рассчитанному средством расчета среднеквадратического значения, и фазовому углу θ тока утечки, протекающего через электрические линии под контролем, и рассчитанному средством расчета фазового угла:
Igr=(I₀·sinθ)/cos30°.

9. Размыкатель тока утечки по п.1, дополнительно содержащий средство цифрового преобразования для выполнения цифрового преобразования тока утечки, содержавшего гармоническую составляющую, удаленную первым средством удаления гармонической составляющей,
средство расчета среднеквадратического значения рассчитывает среднеквадратическое значение напряжения, преобразованного в цифровую форму средством цифрового преобразования.

10. Способ прерывания тока утечки, содержащий:
этап детектирования тока утечки, на котором детектируют ток утечки, протекающий через электрические линии под контролем;
этап преобразования, на котором преобразуют ток утечки, детектированный на этапе детектирования тока утечки, в напряжение;
этап усиления, на котором усиливают напряжение, выведенное с этапа преобразования;
этап первого удаления гармонической составляющей, на котором удаляют гармоническую составляющую из напряжения, усиленного на этапе усиления;
этап детектирования напряжения, на котором детектируют напряжение, развившееся на электрических линиях под контролем;
этап второго удаления гармонической составляющей, на котором удаляют гармоническую составляющую из напряжения, детектированного на этапе детектирования напряжения;
этап детектирования фазового контраста, на котором детектируют контраст в форме сигнала между напряжением, из которого была удалена гармоническая составляющая на этапе первого удаления гармонической составляющей, и напряжением, из которого была удалена гармоническая составляющая на этапе второго удаления гармонической составляющей;
этап расчета частоты, на котором рассчитывают частоту сети, имеющую место в линии напряжения, на которой было детектировано напряжение на этапе детектирования напряжения, на основе формы сигнала напряжения, содержавшего гармоническую составляющую, удаленную на этапе второго удаления гармонической составляющей;
этап расчета фазового угла, на котором рассчитывают фазовый угол тока утечки, протекающего через электрические линии под контролем, на основе фазового контраста, детектированного на этапе детектирования фазового контраста, и частоты сети, рассчитанной на этапе расчета частоты;
этап расчета среднеквадратического значения, на котором рассчитывают среднеквадратическое значение напряжения, содержавшего гармоническую составляющую, удаленную на этапе первого удаления гармонической составляющей;
этап расчета вызванной сопротивлением изоляции относительно земли составляющей тока утечки, на котором рассчитывают составляющую тока утечки, являющуюся результатом сопротивления изоляции относительно земли, включенную в ток утечки, протекающий через электрические линии под контролем, на основе среднеквадратического значения, рассчитанного на этапе расчета среднеквадратического значения, и фазового угла тока утечки, протекающего через электрические линии под контролем, рассчитанного на этапе расчета фазового угла;
этап оценки, на котором оценивают, превысила ли составляющая тока утечки, являющаяся результатом сопротивления изоляции относительно земли, включенная в ток утечки, протекающий через электрические линии под контролем, и рассчитанная на этапе расчета вызванной сопротивлением изоляции относительно земли составляющей тока утечки, произвольно выбранное значение; и
этап размыкания, на котором размыкают электрические линии под контролем на основе оценки, произведенной на этапе оценки.