УСТРОЙСТВО ИЗБИРАТЕЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ЗАМЫКАНИЯ ФАЗЫ НА КОРПУС В МНОГОФАЗНЫХ СЕТЯХ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ Российский патент 2016 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано для контроля сопротивления изоляции многофазных сетей переменного тока с изолированной нейтралью, находящихся под напряжением. Предлагаемое устройство может быть использовано на кораблях, судах, в шахтах, метрополитене, нефтепромыслах, т.е. там, где есть изолированные от земли силовые сети переменного тока.

Известно устройство контроля замыкания фазы на корпус в трехфазных сетях с изолированной нейтралью [патент РФ №2370782, класс G01R 31/02, 30.05.2008], содержащее три выпрямительных диода, аноды которых через резисторы подключены к контролируемой сети, а катоды объединены в узел и соединены с анодом динистора, катод которого связан с одним выводом катушки электромагнитного реле, второй вывод которого подключен к корпусу. Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает избирательности в определении фазы, замкнувшейся на корпус.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство избирательного контроля замыкания фазы на корпус в многофазных сетях с изолированной нейтралью [патент РФ №2482506, класс G01R 31/02, 22.08.2011], содержащее электромагнитные реле и выпрямительные диоды по числу фаз контролируемой сети, катоды диодов объединены и подключены к аноду динистора, один вывод катушки управления каждого реле подключен к фазе контролируемой сети, а второй вывод соединен с анодом своего выпрямительного диода, а катод динистора соединен с корпусом. Недостатком известного устройства является наличие электромагнитных реле, имеющих ограниченный ресурс работы и низкую надежность, а также невозможность производить плавную настройку порога срабатывания предлагаемого защитного устройства.

Целью изобретения является осуществление избирательного контроля замыкания фазы на корпус в многофазных сетях с изолированной нейтралью с возможностью изменения порога срабатывания защиты, а также повышение функциональных возможностей и надежности работы устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено измерительными цепями, снабженными элементами, задающими порог срабатывания, установленными в каждой из фаз контролируемой сети. Каждая из измерительных цепочек содержит оптопары, передающие информацию в систему сигнализации о превышении порогового значения потенциала корпуса относительно фаз контролируемой сети. В системе сигнализации определенной комбинации информационных входов соответствует состояние замыкания определенной фазы контролируемой сети на корпус.

Устройство избирательного контроля замыкания фазы на корпус в многофазных сетях с изолированной нейтралью, схема которого представлена на Фиг. 1, содержит динистор 1, выпрямительные диоды 2-1÷2-n, систему сигнализации 3. Диоды 2-1÷2-n, количество которых равно числу фаз сети, катодами объединены между собой и подключены к аноду динистора 1, катод которого соединен с корпусом. Устройство снабжено дополнительными цепочками 4-1÷4-n, число которых равно числу фаз сети каждая из которых состоит из резисторного делителя, содержащего постоянный 5 и регулировочный резисторы 6, двух токоограничительных резисторов 7, 8 и двух транзисторных оптопар 9, 10. Постоянный резистор 5 первым выводом подключен к фазе контролируемой сети, второй вывод которого соединен с регулировочным резистором 6, его первым выводом, и токоограничительным резистром 7, его первым выводом. Регулировочный резистор 6 вторым выводом соединен с анодом выпрямительного диода 2-1 и катодом светодиода первой оптопары 9, анод которого соединен с токоограничительным резистром 7, его вторым выводом. Коллектор транзистора первой оптопары 9 соединен с коллектором транзистора и катодом светодиода второй оптопары 10 и соединен с информационным входом системы сигнализации 3. Эмиттер транзистора первой оптопары 9 соединен с базой транзистора второй оптопары 10, эмиттер которого соединен с минусом источника питания, входящего в систему сигнализации 3, анод светодиода второй оптопары 10 соединен с токоограничительным регистром 8, его первым выводом, второй вывод которого соединен с плюсом источника питания, входящего в систему сигнализации 3.

Система сигнализации 3 (например, для трехфазной сети с изолированной нейтралью), изображенная на Фиг.2, выполнена на логических элементах и содержит источник питания 11, нормально замкнутую кнопку 12, логические элементы "И" 13, 14, 15, "ИЛИ" 16 с прямыми и инверсными входами и светодиоды 17, 18, 19, 20 с токоограничительными резисторами 21, 22, 23, 24. Информационные входы системы сигнализации 3 поступают на логический элемент "ИЛИ" 16 с инверсными входами, к выходу которого подключен анод светодиода 17, катод которого через токоограничительный резистор 21 связан с минусом источника питания 11. Информационные входы системы сигнализации 3 поступают также на логические элементы "И" 13, 14, 15, количество которых равно количеству контролируемых фаз, причем все входы, за исключением входа контролируемой фазы данного логического элемента, поступают на инверсные входы, а вход контролируемой фазы данного логического элемента поступает на прямой вход. К выходу логического элемента "И" 13 (14, 15) подключен анод светодиода 18 (19, 20), катод которого через токоограничительный резистор 22 (23, 24) связан с минусом источника питания 11, и так по каждой из контролируемой фаз. Плюсовой вывод блока питания 11 соединен с нормально замкнутой кнопкой 12, ее первым выводом, второй вывод которой соединен с положительным выводом питания логических элементов 13, 14, 15, 16 и положительным выводом питания системы сигнализации 3, минусовой вывод блока питания 11 соединен с минусовым выводом питания логических элементов 13, 14, 15, 16 и минусовым выводом питания системы сигнализации 3, а вход блока питания 11 соединен с фазами контролируемой сети.

Работа устройства избирательного контроля замыкания фазы на корпус происходит следующим образом. При высоком сопротивлении изоляции между контролируемой сетью (фазами контролируемой сети) и корпусом напряжение на динисторе 1 близко к нулю. Динистор 1 закрыт, и ток через измерительные цепи отсутствует, следовательно, на информационном выходе измерительной цепи будет потенциал, соответствующий сигналу логической единицы. Таким образом, устройство избирательного контроля замыкания фазы на корпус в многофазных сетях с изолированной нейтралью в отличие от известных аналогичных устройств не снижает сопротивление изоляции контролируемой сети. В случае снижения сопротивления изоляции или попадания фазы на корпус (землю) между фазами контролируемой сети с нормальным значением сопротивления изоляции и землей появится напряжение. В случае если прямое падение напряжения, приложенное к динистору 1, превысит напряжение включения, он открывается, и измерительные цепи 4-i, подключенные к фазам сети с нормальным значением сопротивления изоляции относительно земли, окажутся под напряжением, и через резисторный делитель, содержащий постоянный 5 и регулировочный резисторы 6 и измерительную цепь, состоящую из токоограничительного резистора 7 и входной части первой оптопары 9, потечет ток. Если падение напряжения на регулировочном резисторе 6 окажется достаточным для срабатывания первой оптопары 9, то она, сработав, откроет свой выходной транзистор, который откроет транзистор выходной части второй оптопары 10, который, открывшись, через токоограничительный резистор 8 запитает входную часть второй транзисторной оптопары 10. Транзисторная оптопара 10 встанет на "самоподхват", и на информационном выходе появится сигнал, соответствующий логическому нулю. Регулировку порога срабатывания защиты можно осуществлять посредством регулировочного резистора 6. Таким образом, сработавшими окажутся те измерительные цепи, которые подключены к фазам сети с нормальным значением сопротивления изоляции относительно земли, и на их информационных выходах будут уровни напряжения, соответствующие уровню логического нуля. Та же измерительная цепь, которая подключена к фазе с низким значением сопротивления изоляции или полностью замкнувшаяся на корпус (землю), окажется не сработавшей, и на ней будет уровень напряжения, соответствующий уровню логической единицы. Система сигнализации 3 проанализирует комбинацию информационных входов "а"÷"к" и выдаст информацию о том, что произошло замыкание фазы на корпус, и о том, какая из фаз контролируемой сети замкнулась на корпус, согласно Фиг. 2. Выдача информации происходит посредством зажигания соответствующих светодиодов.

Формирование сигнала "АВАРИЯ" для трехфазной сети происходит посредством следующей логической операции:

.

Формирование сигнала "ЗАМЫКАНИЕ ФАЗЫ А" для трехфазной сети происходит посредством следующей логической операции:

.

Формирование сигнала "ЗАМЫКАНИЕ ФАЗЫ В" для трехфазной сети происходит посредством следующей логической операции:

.

Формирование сигнала "ЗАМЫКАНИЕ ФАЗЫ С" для трехфазной сети происходит посредством следующей логической операции:

.

Для сброса сигналов аварийной ситуации предусмотрена нормально замкнутая кнопка 12, нажатие на которую осуществит сброс элементов памяти на оптопарах 10 в начальное состояние. В случае если аварийная ситуация не устранена, произойдет повторное срабатывание устройства и будет происходить до тех пор, пока не будет устранена аварийная ситуация.

Таким образом, предлагаемое устройство избирательного контроля сопротивления изоляции многофазной сети с изолированной нейтралью позволяет определять фазу сети, в которой произошло снижение сопротивления изоляции или ее полное замыкание на корпус. Кроме того, устройство не вызывает снижения сопротивления изоляции контролируемой сети за счет самого устройства, не имеет в своем составе электромеханических преобразователей (электромагнитных реле), и в предложенном устройстве можно осуществлять изменение порога срабатывания индикации об аварийной ситуации, что значительно расширяет его функциональные возможности.

Изобретение относится к устройствам контроля и может быть использовано для избирательного контроля сопротивления изоляции многофазных сетей переменного тока с изолированной нейтралью, находящихся под напряжением. Технический результат: возможность изменения порога срабатывания устройства, повышение функциональных возможностей и надежности. Сущность: устройство содержит однотипные измерительные цепи, установленные в каждой из фаз контролируемой многофазной сети, измерительные цепи снабжены элементами, задающими порог срабатывания. Каждая измерительная цепочка посредствам оптопар передает информацию о состоянии сопротивления изоляции в систему сигнализации, в которой определенной комбинации информационных входов соответствует состояние замыкания определенной фазы контролируемой сети на корпус. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство избирательного контроля замыкания фазы на корпус в многофазных сетях с изолированной нейтралью, содержащее динистор, выпрямительные диоды, систему сигнализации, причем диоды, количество которых равно числу фаз сети, катодами объединены между собой и подключены к аноду динистора, катод которого соединен с корпусом, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными цепочками, число которых равно числу фаз сети, каждая из которых состоит из резисторного делителя, содержащего постоянный и регулировочный резисторы, двух токоограничительных резисторов и двух транзисторных оптопар, причем постоянный резистор первым выводом подключен к фазе контролируемой сети, второй вывод которого соединен с первым выводом регулировочного резистора и первым выводом первого токоограничительного резистора, второй вывод регулировочного резистора соединен с анодом выпрямительного диода и катодом светодиода первой оптопары, анод которого соединен со вторым выводом первого токоограничительного резистора, коллектор транзистора первой оптопары соединен с коллектором транзистора и катодом светодиода второй оптопары и соединен с информационным входом системы сигнализации, эмиттер транзистора первой оптопары соединен с базой транзистора второй оптопары, эмиттер которого соединен с минусом источника питания, входящего в систему сигнализации, анод светодиода второй оптопары соединен с первым выводом второго токоограничительного резистора, второй вывод которого соединен с плюсом источника питания, входящего в систему сигнализации.

2. Устройство избирательного контроля замыкания фазы на корпус в многофазных сетях с изолированной нейтралью по п. 1, отличающееся тем, что система сигнализации выполнена на логических элементах и содержит источник питания, нормально замкнутую кнопку, логические элементы "И", "ИЛИ" с прямыми и инверсными входами и светодиоды с токоограничительными резисторами, причем информационные входы системы сигнализации поступают на логический элемент "ИЛИ" с инверсными входами, к выходу которого подключен анод светодиода, катод которого через токоограничительный резистор связан с минусом источника питания, информационные входы системы сигнализации поступают также на логические элементы "И", количество которых равно количеству контролируемых фаз, причем все входы, за исключением входа контролируемой фазы данного логического элемента, поступают на инверсные входы, а вход контролируемой фазы данного логического элемента поступает на прямой вход, к выходу логического элемента "И" подключен анод светодиода, катод которого через токоограничительный резистор связан с минусом источника питания, и так по каждой из контролируемой фаз, плюсовой вывод блока питания соединен с первым выводом нормально замкнутой кнопки, второй вывод которой соединен с положительным выводом питания логических элементов и положительным выводом питания системы сигнализации, минусовой вывод блока питания соединен с минусовым выводом питания логических элементов и минусовым выводом питания системы сигнализации, а вход блока питания соединен с фазами контролируемой сети.