УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ И ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ ФАЗЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ Российский патент 2013 года по МПК H02H3/16 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к защитным устройствам, и предназначено для защиты человека от поражения электрическим током в шахтных электрических сетях высокого напряжения.

Известны устройства обнаружения и защитного заземления фазы трехфазной электрической сети, которые содержат три одинаковых узла сравнения измерительного тока пропорционального напряжению между каждой фазой сети и землей с эталонным током и три реле, обмотки которых присоединены к одному из указанных узлов сравнения, а контакты включены между соответствующей фазой сети и землей. При этом цепь измерительного тока создана последовательно включенными между фазой сети и землей конденсатором, резистором и диодами, к одному из которых подключен вход схемы сравнения тока в указанной цепи с эталонным, а к выходу - обмотка одного из управляющих реле, контакты которого включены в цепь обмотки промежуточного реле, контакты которого включены между фазой сети и землей. Вход каждого узла сравнения зашунтирован контактом устройства контроля изоляции [1].

Недостатками таких устройств является низкое быстродействие и недостаточно высокая надежность, а также их сложность. Это объясняется тем, что входы узлов контроля напряжений фаз относительно земли зашунтированы контактами исполнительного реле узла контроля изоляции, входной сигнал снимается с однополупериодного выпрямителя, а команда на закорачивание фазы передается через два реле. Кроме того, для сглаживания выпрямленного тока нужно включать значительные емкости, что также ведет к снижению быстродействия. Блокировка с помощью контактов управляющих реле не гарантирует возможности срабатывания двух промежуточных реле и короткого замыкания через их контакты, а высокое напряжение сети через обмотку питающего трансформатора связано со всеми узлами устройства и может приводить к их пробою на заземленный корпус и между собой.

Известны также устройства обнаружения и защитного заземления фазы электрической сети с изолированной нейтралью, содержащие цепи измерительного тока, каждая из которых состоит из последовательно включенных конденсатора и выпрямительного моста, включенные между каждой фазой защищаемой сети и землей, узлы сравнения измерительного тока с эталонным, входы которых соединены с выходами указанных выпрямительных мостов и зашунтированы контактами реле устройства контроля изоляции, а их выходы соединены с обмотками исполнительных реле, контакты которых включены в цепи питания электромагнитов промежуточных реле, заземляющих своими контактами фазу сети с поврежденной изоляцией, причем питание каждого узла сравнения и исполнительного реле осуществляется через свой выпрямитель от отдельной обмотки трансформатора [2].

Недостатком таких устройств, как и предыдущих, является низкое быстродействие и недостаточно высокая надежность. Эти недостатки обусловлены теми же причинами, что и в предыдущих устройствах: необходимость сглаживания измерительных токов, шунтирование входов узлов сравнения токов контактами измерительных реле устройства контроля изоляции, наличие каскадов реле, возможность одновременного срабатывания двух исполнительных реле, наличие высокого напряжения между фазами сети и землей на элементах всей схемы и возможность их пробоя.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение быстродействия и надежности устройства.

Эта задача решена тем, что в известном устройстве выявления и защитного заземления фазы электрической сети с поврежденной изоляцией, содержащий цепи измерительного тока, каждая из которых состоит из последовательно соединенных конденсатора, резистора и выпрямительного моста, включенных между каждой фазой защищаемой сети и землей, узлы сравнения и исполнительные реле, контакты которых включены между соответствующей фазой сети и заземлителем, предложено зашунтировать указанные выпрямительные мосты резисторами и превратить таким образом измерительные токи в измерительные напряжения, пропорциональные этим токам, а выходы узлов сравнения измерительных напряжений соединить с обмотками исполнительных реле через оптроны и дополнительно ввести узел блокировки, позволяющего подать команду на включение только одного исполнительного реле и блокирующего включение двух других исполнительных реле.

Узел блокировки имеет три идентичных канала, которые своими входами соединены с выходами оптронов, и построен на двух двухвводных элементах ИЛИ с инверсией. Выход канала подключен через усилитель к обмотке исполнительного реле и через диоды ко вторым входам элементов ИЛИ двух других каналов, чем обеспечивается блокировка включения любого из двух других каналов.

Предлагаемое изобретение поясняется рисунком, где показана принципиальная электрическая схема устройства обнаружения и защитного заземления фазы электрической сети с узлом блокировки.

Устройство содержит три измерительных узла, подключенных к фазам сети с помощью последовательно соединенных разделительных конденсаторов 1 и резисторных делителей 2, 3. Каждый измерительный узел имеет выпрямитель 4 и сглаживающий конденсатор 5, которые обеспечивают его питание, выпрямитель 6 в цепи контролируемого напряжения, конденсатор 7 и резистор 8, выполняющие функцию фильтра к которому подключен узел сравнения 9 с эталонным напряжением, снимаемым с резисторов 10 и 11. Выход узла сравнения подключен к входу оптрона 12, что обеспечивает гальваническую развязку цепей высокого напряжения от слаботочной части схемы. Выход оптрона соединен со входом первого элемента ИЛИ 13 узла блокировки, а его выход с первым входом второго элемента ИЛИ 14, второй вход которого соединен через диоды 15 и 16 с выходами элементов ИЛИ 17 и 18 второго и третьего каналов. Выход элемента ИЛИ 14 через усилитель 29 подключен к катушке исполнительного реле 30 и через диоды 20 и 21 ко вторым входам элементов ИЛИ 17 и 18. Исполнительные реле 30, 22 и 23 имеют контакты 24, 25 и 26 соответственно, включены между фазами защищаемой сети, и «землей».

Напряжение питания узла блокировки снимается с диодного моста 27 и сглаживается конденсатором 28.

Устройство работает следующим образом.

При нормальном сопротивлении изоляции оптроны 12 открыты и на входах элементов ИЛИ 13, 31, 32 присутствует лог.0, соответственно на выходах элементов ИЛИ 14, 17 и 18 также лог.0. При этом исполнительные реле 30, 22 и 23 отключены.

При возникновении однофазной утечки с сопротивлением в несколько кОм, т.е. при попадании человека под напряжение, происходит снижение уровня напряжения этой фазы относительно земли. Срабатывает узел сравнения 9, закрывается оптрон 12, переключаются элементы 13, 14, включается реле 30 и своим контактом 24 подключает фазный провод на землю, чем достигается снижение уровня напряжения прикосновения к 0. При этом с выхода элемента 14 лог.1 поступает через диоды 20 и 21 на вторые входы элементов 17 и 18 второго и третьего каналов узла блокировки, чем предотвращает возможность включения любого из двух других исполнительных реле.

Таким образом, за счет применения логических элементов в узле блокировки вместо электромагнитных реле, использование метода измерения напряжения в контролируемых цепях, а не тока и оптронов для гальванической развязки достигнуто повышение быстродействия и надежности всего устройства.

Источники информации

1. Инструкция по эксплуатации аппарата АЗУР.4.

2. Авторское свидетельство СССР №531228, Н02Н 5/12, 05.10.1976.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - повышение быстродействия и надежности. В предлагаемом изобретении в качестве выходного сигнала обрабатываются значения напряжений, снимаемых с емкостно-резистивных делителей, включенных между каждой фазой защищаемой сети и землей. Учитывая то, что напряжение имеет синусоидальную форму, то к его фильтрации необходимы RC фильтры с небольшой постоянной времени, что позволяет значительно повысить быстродействие устройства, а отсутствие гармонических составляющих снижает вероятность ошибочных срабатываний. Введенный узел блокировки допускает включение только одного исполнительного реле и блокирует включение двух других. Этим достигается высокая надежность устройства, так как исключается одновременное включение двух или трех исполнительных реле, т.е. режим межфазного короткого замыкания. 1 ил.

Устройство обнаружения и защитного заземления фазы электрической сети с изолированной нейтралью, содержащее цепи измерительного тока, каждая из которых состоит из последовательно соединенных конденсатора, резистора и выпрямительного моста, включенных между каждой фазой сети и землей, узлы сравнения и исполнительные реле, контакты которых включены между соответствующей фазой сети и заземлителем, отличающееся тем, что указанные выпрямительные мосты зашунтированы резисторами, преобразующими токи в измерительных цепях в пропорциональные им напряжения, выходы выпрямительных мостов соединены с входами узлов сравнения измерительных напряжений с эталонными напряжениями, а выходы узлов сравнения через оптроны соединены через узел блокировки и усилители с обмотками указанных исполнительных реле, причем узел блокировки выполнен на двух двухвходовых логических элементах ИЛИ с инверсией, подающих команду на включение одного исполнительного реле и блокирующих включение двух других каналов.