Устройство для защиты от электропоражающего действия обратной электродвижущей силы рудничного асинхронного двигателя Российский патент 2025 года по МПК H02H7/08 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для повышения безопасности эксплуатации шахтной участковой электрической сети в части защиты человека от поражения электрическим током в случае его прикосновения к фазному проводнику, находящемуся под потенциалом обратной электродвижущей силы асинхронного двигателя, перешедшего в режим выбега.

В структуру шахтной участковой электрической сети входит группа магнитных пускателей, к выходу каждого из которых присоединен кабелем электропитания соответствующий асинхронный двигатель. При этом, в схему каждого магнитного пускателя входит контактор, который содержит трехполюсную группу силовых контактов и механически связанную с ней группу слаботочных размыкаемых и замыкаемых контактов, а трехфазное напряжение электрической сети поступает на входы трехполюсных групп силовых контактов контакторов магнитных пускателей с выхода трансформаторной подстанции участка шахты (Справочник энергетика угольной шахты: в 2 т. / [Дзюбан B.C., Ширнин И.Г., Ванеев Б.Н., Гостищев В.М.]; под ред. Б.Н. Ванеева. - Донецк: ООО «Юго-Восток, Лтд», 2001. - Т. 2. - 440 с.).

В настоящее время защита человека от поражения электрическим током в шахтной участковой электрической сети осуществляется устройством защиты от утечек тока на землю. Это устройство входит в структуру трансформаторной подстанции участка шахты и формирует команду на отключение ее автоматического выключателя в случае возникновения цепи повышенной проводимости между фазой и землей (цепи утечки тока на землю) в выходных присоединениях подстанции, что является следствием контакта человека с фазным проводником, находящимся под напряжением (Дзюбан B.C. Взрывозащищенные аппараты низкого напряжения / B.C. Дзюбан. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 240 с.; (Справочник энергетика угольной шахты: в 2 т. / [Дзюбан B.C., Ширнин И.Г., Ванеев Б.Н., Гостищев В.М.]; под ред. Б.Н. Ванеева .- Донецк: ООО «Юго-Восток, Лтд», 2001. - Т1. - 447 с.).

Однако такая защита после отключения магнитного пускателя не распространяется на кабельное присоединение выхода трехполюсной группы силовых контактов контактора, которое остается под действием обратной электродвижущей силы асинхронного двигателя, переходящего в режим выбега, что представляет собой опасность электропоражения человека в случае его прикосновения к фазному проводнику этого кабельного присоединения.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является устройство для защиты от электропоражающего действия обратной электродвижущей силы рудничного асинхронного двигателя, подключаемого к электрической сети трехфазного напряжения контактором. Устройство содержит трансформатор напряжения, два мостовых выпрямителя, два конденсатора, резистор, тиристор, а также соединенные последовательно, одновибратор, мультивибратор и узел гальванической развязки. При этом первичная обмотка трансформатора напряжения присоединена к фазным проводникам на входе трехполюсной группы силовых контактов контактора, а вторичная обмотка соединена со входом первого мостового выпрямителя, между выводами положительного и отрицательного полюсов которого подключен первый конденсатор и цепи электропитания одновибратора и мультивибратора. Вывод положительного полюса первого мостового выпрямителя присоединен через слаботочный размыкаемый контакт контактора к первому выводу второго конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом резистора и со входом одновибратора, а второй вывод резистора подключен к выводу отрицательного полюса первого мостового выпрямителя. К фазным проводникам на выходе трехполюсной группы силовых контактов контактора присоединены входные цепи второго мостового выпрямителя, к выводам положительного и отрицательного полюсов которого подключен, соответственно, анодом и катодом тиристор, к управляющему электроду и катоду которого присоединен выход узла гальванической развязки. (Маренич К.Н. Посткоммутационное импульсное закорачивание фаз как фактор повышения безопасности эксплуатации шахтной участковой электрической сети напряжения 3,3 кВ [Электронный ресурс] / К.Н. Маренич, С.А. Руссиян, А.И. Денисова // Горная промышленность № 3/2024. - С. 40-44. - Режим доступа: https://mining-media.ru/images/2024/fbook/03tri/mi_3_2024_rit.pdf. - Загл. с экрана).

Гальваническую развязку функционального узла, формирующего управляющие импульсы, с цепью «катод - управляющий электрод» тиристора выполняет трансформатор напряжения, первичная обмотка которого предназначена для подключения к источнику управляющих импульсов, а вторичная обмотка предназначена для подключения через последовательно присоединенный резистор к цепи «катод - управляющий электрод» тиристора, при этом параллельно к данной цепи катодом к управляющему электроду тиристора присоединен диод.

Действие известного устройства состоит в следующем. При включенном состоянии контактора его слаботочный размыкаемый контакт разомкнут и управляющее воздействие на тиристор не осуществляется. При возникновении цепи утечки тока на землю отключается силовой коммутационный аппарат (автоматический выключатель) участковой трансформаторной подстанции. В этом случае первый конденсатор за счет своей емкости поддерживает некоторое время величину напряжения постоянного тока на своих выводах, присоединенных к выводам положительного и отрицательного полюсов однофазного выпрямителя. При отключении контактора пускателя его слаботочный размыкаемый контакт замыкается, подавая напряжение постоянного тока с выхода первого конденсатора на вход дифференцирующего звена, состоящего из второго конденсатора и резистора. С выхода дифференцирующего звена (второго вывода второго конденсатора) короткий импульс напряжения, соответствующий по времени началу процесса отключения контактора, поступает на вход одновибратора, на выходе которого формируется импульс напряжения ограниченной фиксированной продолжительности, что приводит к формированию на выходе мультивибратора пакета импульсов высокой частоты. Узел гальванической развязки осуществляет передачу пакета этих импульсов на цепь управления тиристора (при гальванической развязке между элементами управления тиристором и силовыми цепями пускателя). При этом, тиристор отпирается, что приводит к посткоммутационному закорачиванию фаз в цепи действия обратной электродвижущей силы асинхронного двигателя электропотребителя - на выходе с трехполюсной группы силовых контактов контактора и обесточиванию цепи утечки тока на землю в присоединении между пускателем и асинхронным двигателем.

Назначение известного устройства состоит в создании цепи междуфазного короткого замыкания на выходе трехполюсной группы силовых контактов контактора в процессе его отключения и подавлении, тем самым, электропоражающего воздействия со стороны обратной электродвижущей силы асинхронного двигателя на человека в случае его касания к фазному проводнику, в силовом присоединении пускателя. Однако это устройство отличается сложностью схемной реализации - наличием нескольких функциональных узлов: одновибратора, мультивибратора, а также цепей их электропитания, что предопределяет снижение надежности и усложняет его адаптацию к схеме и конструкции пускателя.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для защиты от электропоражающего действия обратной электродвижущей силы рудничного асинхронного двигателя, в котором за счет конструктивных особенностей, обеспечивается возможность подавления электропоражающего действия в цепи силового присоединения пускателя посредством посткоммутационного закорачивания фаз на выходе его контактора при упрощении схемной реализации устройства, повышении надежности и упрощении его адаптации к схеме и конструкции пускателя.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для защиты от электропоражающего действия обратной электродвижущей силы рудничного асинхронного двигателя, подключаемого к электрической сети трехфазного напряжения контактором, оснащенным трехполюсной группой силовых контактов и механически связанными с ней слаботочными размыкаемым и замыкаемым контактами, содержащем два конденсатора, резистор, два мостовых выпрямителя, узел гальванической развязки, тиристор, а также трансформатор напряжения, первичная обмотка которого присоединена к фазным проводникам на входе трехполюсной группы силовых контактов контактора, а вторичная обмотка соединена со входом первого мостового выпрямителя, между выводами положительного и отрицательного полюсов которого подключен первый конденсатор, при этом вывод положительного полюса первого мостового выпрямителя присоединен через слаботочный размыкаемый контакт контактора к первому выводу второго конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом резистора, входные цепи второго мостового выпрямителя присоединены к фазным проводникам на выходе трехполюсной группы силовых контактов контактора, а к выводам положительного и отрицательного полюсов этого выпрямителя подключен, соответственно, анодом и катодом тиристор, к управляющему электроду и катоду которого присоединен выход узла гальванической развязки, согласно изобретению второй вывод второго конденсатора и первый вывод резистора соединены с первым выводом входной цепи узла гальванической развязки, второй вывод которой соединен с выводом отрицательного полюса первого мостового выпрямителя, при этом второй вывод резистора и первый вывод второго конденсатора присоединены, соответственно, к первому и второму выводам слаботочного замыкаемого контакта контактора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена схема устройства для защиты от электропоражающего действия обратной электродвижущей силы рудничного асинхронного двигателя, подключаемого к электрической сети трехфазного напряжения контактором с трехполюсной группой 1 силовых контактов и механически связанными с ней слаботочными размыкаемым и замыкаемым контактами, соответственно, 2, 3. Устройство содержит два конденсатора 4 и 5, резистор 6, однофазный и трехфазный мостовые выпрямители, соответственно, 7, 8, узел 9 гальванической развязки, тиристор 10, а также трансформатор 11 напряжения, первичная обмотка которого присоединена к двум фазным проводникам на входе трехполюсной группы 1 силовых контактов контактора, а вторичная обмотка соединена со входом однофазного мостового выпрямителя 7, между выводами положительного и отрицательного полюсов которого подключен первый конденсатор 4, при этом вывод положительного полюса однофазного мостового выпрямителя 7 присоединен через слаботочный размыкаемый контакт 2 контактора к первому выводу второго конденсатора 5, второй вывод которого соединен с первым выводом резистора 6. Входные цепи трехфазного мостового выпрямителя 8 присоединены к фазным проводникам на выходе трехполюсной группы 1 силовых контактов контактора, к выводам положительного и отрицательного полюсов этого выпрямителя подключен, соответственно, анодом и катодом тиристор 10, к управляющему электроду и катоду которого присоединен выход узла 9 гальванической развязки.

Второй вывод второго конденсатора 5 и первый вывод резистора 6 соединены с первым выводом входной цепи узла 9 гальванической развязки, второй вывод которой соединен с выводом отрицательного полюса однофазного мостового выпрямителя 7, при этом второй вывод резистора 6 и первый вывод второго конденсатора 5 присоединены, соответственно, к первому и второму выводам слаботочного замыкаемого контакта 3 контактора.

Действие заявляемого устройства поясняется следующим. При включенном состоянии контактора пускателя с трехполюсной группой 1 силовых контактов, его слаботочный размыкаемый контакт 2 разомкнут, а замыкаемый контакт 3 - замкнут, осуществляя подключение резистора 6 параллельно второму конденсатору 5 и разряжая, тем самым, второй конденсатор 5 через резистор 6. При этом, при наличии напряжения в фазах электрической сети на входе трехполюсной группы 1 силовых контактов контактора посредством трансформатора 11 напряжения и однофазного мостового выпрямителя 7 осуществляется заряд первого конденсатора 4.

При отключении силового коммутационного аппарата (автоматического выключателя) участковой трансформаторной подстанции напряжение на выходе трансформатора 11 формируется только за счет воздействия на его первичную обмотку обратной электродвижущей силы асинхронного двигателя электропотребителя (при включенном состоянии трехполюсной группы 1 силовых контактов контактора). При этом, первый конденсатор 4 поддерживает на своих контактах, присоединенных к полюсам выпрямителя 7, разность потенциалов на начальном интервале времени после отключения группы 1 силовых контактов контактора и обесточивании, тем самым, первичной обмотки трансформатора 11.

После отключения контактора пускателя на стороне выхода трехполюсной группы 1 его силовых контактов продолжает действовать трехфазная обратная электродвижущая сила асинхронного двигателя (перешедшего в режим выбега) электропотребителя. В процессе отключения контактора его слаботочный замыкаемый контакт 3 размыкается, а размыкаемый контакт 2 замыкается. В этом случае разрывается цепь разряда второго конденсатора 5 и создается путь протекания постоянного тока по цепи: первый (электролитический) конденсатор 4 (положительный полюс выпрямителя 7) → размыкаемый контакт 2 контактора → второй конденсатор 5 → входная цепь (первичная обмотка трансформатора) узла 9 гальванической развязки → (электролитический) конденсатор 4 (отрицательный полюс выпрямителя 7). В результате, с выхода узла 9 гальванической развязки на цепь управления тиристора 10 поступает управляющий импульс, что приводит к включению данного тиристора и замыканию обратной электродвижущей силы асинхронного двигателя электропотребителя через короткозамыкатель, образуемый трехфазным мостовым выпрямителем 8 с тиристором 10 шунтирования его выхода. По мере заряда второго конденсатора 5 постоянным током, ток во входной цепи узла 9 гальванической развязки прекращается. Однако, тиристор 10, будучи включенным на выходе выпрямителя 8, будет оставаться в проводящем состоянии до момента исчезновения обратной электродвижущей силы асинхронного двигателя электропотребителя. Процесс протекает до полного подавления обратной электродвижущей силы асинхронного двигателя.

Таким образом, использование заявляемого устройства позволяет за счет подачи постоянного тока через последовательное соединение конденсатора и входной цепи узла гальванической развязки осуществить отпирание тиристора, шунтирующего выход трехфазного мостового выпрямителя, подключенного входами к фазным проводникам на выходе трехполюсной группы силовых контактов контактора, и, тем самым, выполнить посткоммутационное закорачивание фаз электрической сети на выходе пускателя, подавляя воздействие обратной электродвижущей силы асинхронного двигателя на человека при его касании к фазе на участке между магнитным пускателем и асинхронным двигателем, что является фактором защиты человека от электропоражения при упрощении схемной реализации устройства, повышении надежности и упрощении его адаптации к схеме и конструкции пускателя.

Устройство для защиты от электропоражающего действия обратной электродвижущей силы рудничного асинхронного двигателя относится к области электротехники. Технический результат заключается в обеспечении возможности подавления электропоражающего действия в цепи силового присоединения пускателя посредством посткоммутационного закорачивания фаз на выходе его контактора при упрощении схемной реализации устройства, повышении надежности и упрощении его адаптации к схеме и конструкции пускателя. Технический результат достигается за счет того, что устройство содержит два конденсатора, резистор, два мостовых выпрямителя, узел гальванической развязки, тиристор, а также трансформатор напряжения, первичная обмотка которого присоединена к фазным проводникам на входе трехполюсной группы силовых контактов контактора, оснащенного слаботочными размыкаемым и замыкаемым контактами, механически связанными с трехполюсной группой его силовых контактов, а вторичная обмотка трансформатора напряжения соединена с входом первого мостового выпрямителя, между выводами положительного и отрицательного полюсов которого подключен первый конденсатор. Вывод положительного полюса первого мостового выпрямителя присоединен через слаботочный размыкаемый контакт контактора к первому выводу второго конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом резистора. Входные цепи второго мостового выпрямителя присоединены к фазным проводникам на выходе трехполюсной группы силовых контактов контактора, а к выводам положительного и отрицательного полюсов этого выпрямителя подключен, соответственно, анодом и катодом тиристор, к управляющему электроду и катоду которого присоединен выход узла гальванической развязки. Второй вывод второго конденсатора и первый вывод резистора соединены с первым выводом входной цепи узла гальванической развязки, второй вывод которой соединен с выводом отрицательного полюса первого мостового выпрямителя. Второй вывод резистора и первый вывод второго конденсатора присоединены, соответственно, к первому и второму выводам слаботочного замыкаемого контакта контактора. 1 ил.

Устройство для защиты от электропоражающего действия обратной электродвижущей силы рудничного асинхронного двигателя, подключаемого к электрической сети трехфазного напряжения контактором, оснащенным трехполюсной группой силовых контактов и механически связанными с ней слаботочными размыкаемым и замыкаемым контактами, содержащее два конденсатора, резистор, два мостовых выпрямителя, узел гальванической развязки, тиристор, а также трансформатор напряжения, первичная обмотка которого присоединена к фазным проводникам на входе трехполюсной группы силовых контактов контактора, а вторичная обмотка соединена с входом первого мостового выпрямителя, между выводами положительного и отрицательного полюсов которого подключен первый конденсатор, при этом вывод положительного полюса первого мостового выпрямителя присоединен через слаботочный размыкаемый контакт контактора к первому выводу второго конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом резистора, входные цепи второго мостового выпрямителя присоединены к фазным проводникам на выходе трехполюсной группы силовых контактов контактора, а к выводам положительного и отрицательного полюсов этого выпрямителя подключен, соответственно, анодом и катодом тиристор, к управляющему электроду и катоду которого присоединен выход узла гальванической развязки, отличающееся тем, что второй вывод второго конденсатора и первый вывод резистора соединены с первым выводом входной цепи узла гальванической развязки, второй вывод которой соединен с выводом отрицательного полюса первого мостового выпрямителя, при этом второй вывод резистора и первый вывод второго конденсатора присоединены, соответственно, к первому и второму выводам слаботочного замыкаемого контакта контактора.