Устройство для защиты человека от поражения электрическим током в четырехпроводной электрической сети с глухозаземленной нейтралью Советский патент 1983 года по МПК H02H3/16 

Изобретение относится к электротехнике и мажет быть испальзёвано . для защиты от поражения электрическим током при попадании, человека под фазное либо линейное напряжение в четьарехпроводнык электрических сетях. с глухозазег- ленной нейтралью.

Известны устройства, обеспечения электробезопасности при обслуживании четырехпроводных электрических сетей С глухозаземленной нейтралью. Принцип работы ряда устройств, основан на появлении принужденных сое-, тавляющих токов нулевой последовательности, обусловленных протеканием тока,по пути фазовый провод тело -геловека flj .

Однако устройства не защищают человека при прикосновении к двум фазам, т.е. при его попадании под линейное напряжение.

Кроме того,.надежность работы этих устройств недостаточна. Так, при наличии повторных заземлителей нулевого провода и значительной одно фазной нагрузке, например освещения, через повторные заземлители протекают токи нулевой последовательности-. Эти токи в ряде случаев соизмеримы с токами, протекающими через тело человека, что влечет за собой увеличение уставки защиты, а следовательно, повышение вероятности поражения человека.

Известны устройства обеспечения электробезопасности в четырехпроводных сетях, принцип действия которых основан, на анализе переходных процессов, а точнее анализе свободных составляющих токов переходного режима, обусловленных прикосновением человека к фазе 2 .

Однако эти устройства также не защшцают человека при попадании на линейное напряжение и не обеспечивают защиту от электропоражения при некот6ры; режимах работы электроустановки. Так,, например включенные лампы накаливания сопротивлением 500 800 Ом вызывают сигнал, аналогичный тому, который возникает при прикосновении человека. Наблюдается ложное срабатывание этих устройств при пуске электродвигателей. Дело в том, что в момент включения электродвигателя имеет место сдвиг по времени подачи к нему напряже-шя. Обусловлено НТО неодновременным замыканием контактов устройства включения (магнитного пускателя, контактора и т.д.

Наиболее близ,ким по технической сущности к изобретению является устройство для защиты человека от поражения при его попадании под фазное либо линейное напряжение, содержащее дифференциальный трансформатор тока, охватывающий все четыре провода сети, измерительные трансформаторы тока, установленные в каждой фазе сети, дифференцирующие устройства, элементы ИЛИ, И, блок задержки, релейный усилитель, коммутационный аппарат. При рс1боте с трехфазной нагрузкой отключающий сигнал формируется как по, току утечки с введением кратковременнохо запрета, так и по кратковременному приращению тока нагрузки. Для обеспечения работы с однофазной, нагрузкой формируется при включении однофазной нагрузки кратковременный ток утечки и от него более длительный сигнал запрета срабатывания з .

Недостатком известного устройства является его срабатывание при включении трехфазной .нагрузки, когда происходит неодновременное замыкание контактов коммутационного аппарата.

Кроме того, устройство не работает при прикосновении человека к фазному проводу и наличии повторных заземлителей в связи с тем, что при

25 30 прикосновении человека к фазе и включенных однофазных нагрузках по нулевому проводупротекают токи утечки, соизмеримые с током, обусловленным прикосновением человека.

Недостатком устройства также является необходимость подключать к фазам, .сети конденсаторы, что существенно нарушает режим ее работы.

Целью изобретения является исклю5 40 45 50 чение ложных срабатываний, обусловIленных неодновременным замыканием контактов комм.утационного аппарата , при включении трехфазной нагрузки, а также повышение надежности работы устройства при наличии повторных заземлений нулевого провода.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для защиты человека от поражения электрическим током в четырехпроводной электрической сети с глухозаземленной нейтралью, содержащем формирователь отключающего сигнала, соединенный своим выходом с входом коммутационного аппарата, включенные в фазные провода сети датчики производных тока, соединенные с входами элемента РШИ, а также элемент И, дополнительно снабжено датчиком производной тока, включенн з1м в цепь заземления нейтрали

5 трансформатора, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с вы. 60 ходом элемента ИЛИ, а выход элемента И подключен к входу формирователя , откл.н)чающего сигнала, при этом каждый повторный заземлитель соединен с ну.rfeBHM проводом через вновь введенную катушку индуктивности.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема питания электропотребителей от четырехпроводной электрическ сети с нулевым проводом и схема зам щения попадания человека под фазное и линейное напряжение; на фиг, 2-блок-схема предлагаемого устройства на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 4 временная диаграмма, поясняющая работу устройства. На фиг. 1 изображены источник 1 питания со своими обмотками 2-4, первичные обмотки 5-7 импульсныхтрансформаторов датчиков производнь тока, включенные в фазные провода 8-10, первичная обмотка 11 импульсного трансформатора, установленного в цепизаземления нейтрали трансфор матора, катушки 12 и 13 индуктивности, также включенные в цепь- за15e 4лeния нейтрали трансформатора 14 трехфазная нагрузка 15 и однофазная нагрузка 16, схемы 17 и 18 заме щения, имитирующие попадание челове ка под фазное и линейное напряжение I. Сопротивление 19 составляет около 50% от сопротивления тела челове ка рука - рука..Сопротивление 20 соответствует сопротивлению растека ния с ног человека., сопротивлению обуви и равно трети сопротивления тела человека. При прикосновении человека к фаз ному . проводу. 9 (позиция 17) в момен времени t О в напряжений первичной обмотки б импульсного трансформатора появляется скачок напряжения амплитуда которого определяется по формуле Ч - иТ17ГГ7 1, Li3 1-(1- L,t L,,j- L,j4- L, где E - действующее значение фазного напряжения источника 1 питания; ( - фаза напряжения в проводе 9 в момент прикосновения; L - индуктивность первичной обмотки импульсного трансфе .матора, установленного в фазе 9; L - индуктивность фазы 9 источника питания; - индуктивность первичной обмотки импульсного трансформатора, установленного в цепи заземления нейтрали тран сформатора; L, и LIJ - индуктивности катушек, вклю ченных в цепь повторных.заземлителей. Аналохично скачком изменится напряжение на первичной обмотке 11 импульсного трансформатора, установленного в -цепи заземления нейтрали . иь„ Esinv - ; . При этом, согласно первому закону коммутации, скачок напряжения U ,, Уд. не зависит от сопротивления тела человека. Указанные выражения записаны при условии, что влиянием на переходные процессы индуктивности фазных проводов и нулевого провода можно пренебречь. Это допущение оправдано, поскольку для питания потребителей обычно используют кабельные сети. в случае же применения воздушных линий данное допущение также не приводит к существ.енному изменению импульса напряжения на индуктивностях, включенных в электрическую сеть. При включении однофазной . нагрузки (например, лампы накаливания) мелщу фазным проводом 8 и нулевым 14 импульс напряжения будет лишь на первичной обмотке импульсного транс.форматора 5, импульс же напряжения на первичной обмотке импульсного трансформатора 11 практически отсутствует. В случае попадания человека под линейное напряжение (позиция 18) прикосновение к фаздм происхрдит неодновременно.. Пусть вначале человек коснулся фазы 10.Появились скачки напряжения на первичных обмотках трансформаторов 7 и 11. Затем, через какое-то время, человек коснулся фазы 9. Появился скачок напряжения на первичной обмотке трансформатора б. . Включение трехфазной нагрузки 15, даже при ее пофазном пуске (за счет неодновременного замыкания контактов . контактора и т.д. ), на первичной обмотке трансформатора 11 скачка напряжения не дает. На фиг. 2 показана блок-схема предлагаемого устройства. Вторичные обмотки импульсных трансформаторов, имеющих первичные обмотки 5-7, включённые в фазные провода 8-10, соединены с входами 21-23 согласования датчиков производной тока, выходы которых подключены к входам логического элемента ИЛИ 24, выход которого соединен с входом элемента И 25, второй вход которого соединен с выходом схемы 26 согласования датчика7 производной тока, импульсный трансформатор которого имеет первичную обмотку 11, включенную в цепь заземления нейтрали. Элеме.нт И 25, формирователь 27 отключающего сигнала, усилитель и блок отключения, составляющие коммутационный аппарат 28, соединенц пос- , ледовательно.

На фиг, 3 пьэедстанлена принципиальная схема устройства.

Вторичные обмотки- 29-32 нмпульснык трансформаторов,, имеющих первичные обмотки соответственно 5, 6, 7 и 11, соединена с входами схем 21, .22, 23 и 26 согласования датчиков в про}1ззодной тока. Схемы согласова ия состоят из выпрямителей 33, эмиттерного повторителя 34, фильтра 35 верхний частот, и выходного тран-зистора 36.

Выходы 37;. 38 и 39 схем 21, 22 и 2J со1-ласования подключены к вход.зм лоти.ческого элемента H-HE 40. Выход Ti 26 согласования подкл очек к входам логического элемента И-НЕ, 42. Выходы элементов 40 и 4 соедз.-некы с входом элемента И-НЕ 43 В л1ход 44 которого соединен с входом форми}.-ователя 45. Формирователь 45 состоит из триггера 46 линии 47 задержки., генератора 48 и выходного элемента И-НЕ 49, .

Выход 50 триггера 46 соедине.н с входор.-: лники 47 задержки и выходно-..го элемента 49. Выход 51 линии заде ки соеди-нен с входом триггера 46. Выход 52 1енератора 48 соединен с . вторым входом выходного элемента 49 Выход 53 формирователя соединен с входом усилителя 54, который состоит из TjjaHSHCTOpa 55 предваритель ного усиления ь: выходного составног транзистора (элементы 56 и 57), в коллек.торную цепь которого последовтельно включена первичная обмотка вь:ход|-ого трансформатора 58.

.ы 59-61 усилителя соединены с входами блока 62 отключения, состоящего из .трех симисторов 63-65, включенных между фазными и нулевым проводами

Между нагрузкой и источником включен автоматический выключатель 66, сраба1-ываюгч,ий при коротком замыкай kи в .1,(;ПИ.

Работа устройства поясняется .временной диаграммой (фиг. 4), где

-- мгновенные, значения

напряжения между фазовыми проводами 8-10 и нулевым проводом.

Устройство работает следующим образом.

При прикосновении к фазному проводу 9 в моглент времени tj, скачки напряже1П--:я U и Ug- вторичных обмоток 30 и 32 импульс.ных трансформаторов поступают на входы схем 22 .и 26 согласования, с выходов 38 I 41 которых импульсы поступают на вход логмческих элементов 40 и 42, при этом на выходе 44 элемента 43 поязляется им.пульс,, запускающий формирователь 45. На выходе 50 триггера 46 появляется единичный уровен напряжения, поступающий на вход линии 47 задер.жки и на в.х;од выходного элемента 49. На выходе 53 элемента .49 появляется серия импульсов, генерируемая генератором 4-8. Эти им-, пульсы усиливаются блоком 54, с выходов 59-61 которого они поступают на управляющие электроды симисторов 63-65, открытие которых приводит к протеканию в цепи токов короткого замыкания, которые приводят к срабатыванию автоматического выключателя 66 и обесточиванию цепи.

С выхода. 51 линии 47 задержки на R-вхо.л. триггера 46 через промежуток времени tj, достаточный для срабатывания автоматического вык.лючателя 66, поступает импульс, срабатывающи триггер 46 в нуль и возвращающий схему в исходное положение.

Эффект оТ вРедрения предлагаемого устройства носит социальный характер: повышение электробезопасности в системе электроснабжения потребителей за счет исключения элек1ртравматизма при о.бслуживании четырехпроводных электрических сетей с глухояаземленной нейтралью,

и.

%

.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕКА ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ТОКОМ В ЧЕТЫРЕХПРОБОДНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее формирователь отключающего сигнала, соединенный своим выхо.. f /-N М Л) . е-Ч- гп г 7 С ш JJ дом с входом коммутационного аппарата, включенные в фазные провода сети датчики производных тока, соединенные с входами элемента ИЛИ,, а также элемент И, о т л -и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью исключения ложных срабатываний, обусловленных неодновременным замыканием контактов коммутационного аппарата при включении трехфазной нагрузки, а также повышения надежности работы устройства при наличии повторных заземлений нулевого провода, оно дополнительно снабжено датчиком производной тока, включенным в цепь заземления нейтрали трансформатора, выход которого подключен к входу элемента И, второй j вход которого соединен с выходом (Л элемента ИЛИ, а выход элемента И подключен к входу формирователя отключающего, сигнала, при этом каждый повторный заземлитель соединен с нулевым проводом через вновь введенную катушку индуктивности. л... г 4 00 41 JL -л У Ж. -

%.

Sbfxod 58

6f}/.wffl.

ffl

Bb/xodi

«

.рШ11шт11ШШ11шмщш Ш11тт

Bb/fiod.