Устройство для защитного отключения в сети переменного тока с глухозаземленной нейтралью Советский патент 1983 года по МПК H02H3/16 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике защиты людей от поражения электрическим током.

Известен ряд устройств защитного отключения (УЗО), основанный на измерении тока утечки на землю, сравнении его с эталонной величиной и формировании по разности измеренной и эталонной величин отключающего сигнала 1.

Описанные устройства просты, однако имеют следующие основные недостатки: отсутствует самоконтроль исправности наименее надежных элементов; отсутствует отстройка от естественных токов утечки (через изоляцию) на землю, что не позволяет в ряде случаев выполнить УЗО для групповой защиты с высокой чувствительностью (5-20 мА).

Известны другие УЗО, позволяющие отстроиться от естественных токов утечки на землю 2,

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является УЗО, включающее дифференциальный трансформатор тока (ДТТ), усилитель, усилитель-ограничитель, аналоговый вычитатель, трансформатор тока нагрузки, блок формирования сигнала по скорости нарастания тока нагрузки, элемент ЗАПРЕТ, инвертор и выходной релейный элемент 3.

Основной недостаток устройства - ненадежная работа в трехфазных сетях с естественными токами утечки на землю до мА.

Распределение токов утечки на землю по фазам, как правило, несимметрично. Причем указанная несимметрия растет со временем эксплуатации. В этих условиях прикосновение человека к разным фазам будет вызывать различный сигнал на выходе ДТТ УЗО, установленного в подобной сети.

Так, например, если фаза А имеет ослабленную изоляцию относительно земли и ток утечки на землю превыщает соответствующие токи других фаз, то прикосновение челорвека к фазе В или фазе С не вызовет повыщения амплитуды сигнала на выходе ДТТ, изменится лин1ь начальная фаза сигнала на выходе ДТТ. Все это происходит, . если сигналы, обусловленные естественным током утечки и прикосновением челов.ека, равны. В случае, если они не равны, но соизмеримы, происходит фактическое загрубление защиты но величине уставки. Цель изобретения - повыщение чувст

вительности устроисгва.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее ДТТ, на выход которого подключены вхоаы усилите/т и усилителя-ограничителя, анало1Ч)гм111| иычитатель, первый и второй в,х() KOTciporo подключены к выходам cooTHereiiuinKj уси.ч.ителя и уснлителя-ограничите.ля, ;i HI.IXO.I к информационному входу -элемент Л,РЕТ, датчик тПка Haij)y.Kii. П.шк ||)| рмирования сигнала по скорости изменения тока нагрузки, вход которого подключен к выходу датчика тока нагрузки, а выход - к запрещающему входу элемента ЗАПРЕТ, инвертор, вход которого подю ючен. к выходу элемента ЗАПРЕТ, а выход - к выходному релейному элементу, дополнительно введены для каждой фазы датчик активного тока утечки на землю, первый вход которого подсоединен к выходу ДТТ, а второй вход - к датчику фазного напряжения сети, конденсатор, подключенный к выходу ДТТ, три пороговых элемента, входы которых соединены соответственно с выходами датчиков активного тока утечки, три элемента ПАМЯТЬ, входы которых соединены соответственно с выходами пороговых элементов, а управляющие входы элементов ПАМЯТЬ соединены между собой и подключены к выходу блока формирования сигнала по скорости изменения тока нагрузки, три эле мента И, при этом ко входам первого элемента подключены выходы первого и второго элементов ПАМЯТЬ, ко входам второго - выходы второго и третьего элементов ПАМЯТЬ, ко входам третьего - выходы первого и третьего элементов ПАМЯТЬ, трехвходовый элемент ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам элементов И,.а выход - ко входу инвертора.

Введение новых элементов позволяет повысить чувствительность устройства по току уставки в трехфазных сетях с глухозаземленной нейтралью с повыщенными токами утечки на землю.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит ДТТ 1, на выход которого подключены конденсатор 2, усилитель 3 и усилитель-ограничитель 4, аналоговый вычитатель 5, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам усилителя 3 и усилителя-ограничителя 4, элемент ЗАПРЕТ 6, информационный вход которого подключен к выходу аналогового вычитателя 5, а выход - ко входу инвертора 7, выходной релейный элемент 8, подключенный к выходу инвертора 7 и управ ляющий катущкой 9 коммутационного аппарата, датчик тока нагрузки 10, блок II формирования сигнала по скорости изменения тока нагрузки, вход которого подключен к выходу трансформатора 10, а выход - к запрещающему входу элемента ЗАПРЕТ 6, датчики активного тока утечки на землю 12-14, первые вхо.гы которых подключены к выходу ДТТ 1, а BTOpi ie входы - соответственно на фазные напряжения, пороговые элементы . входы которых подключены cooTBCTcTFjeiiHo к выходам датчиков 1214. элементы 18-20, входы которых подк.чшчсиы соотнстственип к вых()Дс1м :i.HNKfiTOB If) 17. iipiin.i4i)Huie BX(), э.к. ПАЛАЯ Г) ГОСЛ11НСИЫ между собпй II 1|11лклк)чг111,| к и,,)ч 6.|(1к;1 II. -j.нлнНгм и 21 2Л. при лом ко входам л-Кмещу 21 110ДК.1ЮЧС11Ы выходы члгмонтов 18, 19, ко вхолпм ломоитп 22 -- выходы элементов 19,, 20, ко входам э; е иита 23 - выходы эле( ментов 18, 20, трехвходовый элемент ИЛИ 24, входы которосо подсоединены соответственно к выходам элементов 21-23, а выход -} ко входу интвертора 7. Элементы ПАМЯТЬ 18-20 выполнены на базе схем И/1И-НЕ (как один из возможных вариантов). Выбранный вариант отличается простотой. Коэффициенты усилителей 3, 4 равны. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии питание блоков отсутствует, выходной релейный элемент 8 обесточен. При вк,пючении коммутационного аппарата подается питание на электроустановку, на блоки 3-7, 12-24. На вход каждого усилителя за счет естественного тока утечки на землю подается сигнал, который каждым усилителем усиливается одинаково. При этом величина коэффициента усиления и напряжение стабилизации стабилитронов (на схеме приведен простейший ва.риант усилителя-ограничителя) -подобраны таким образом, чтобы в этом режиме - допустимого естественного тока утечки и отсутствии прикосновения человека - не происходило ограничения амплитуды в усилителе 4. В результате на входы блока 5 поступают практически одинаковые сигналы по амплитуде, а на выходе его напряжение близко к нулю. На входе интвертора 7 сигнал равен нулю, релейный элемент 8 срабатывает и контакты коммутационного аппарата остаются замкнутыми, а электроустановка - подключенной к сети. Одновременно на выходе блоков 12-14 появляются сигналы. Напряжение сигнала LJ на выходе любого блока 12-14 определяется но формуле и kUT-Cost,(I,) гдеUT - напряжение на выходе дифференциального трансформатора тока 1; f --угол сдвига между напряжением UT и фазным напряжением сети. Для об.есг1ечения минимальной погрешности (до ) сигнал, пропорциональный току утечки, подается не с выхода усилителя 3, а непосредственно of ДТТ 1. Выбором величины емкости конденсатора 2 обеспечивают минимальный сдвиг между напряжением UT и напряжением той фазы, в которой происходит наибольшая утечка тока на землю, и одновременное существенное улучшение формы кривой UT. Так, экспериментально установлено, что для ДТТ, используемом в серийном устройстве ЗОУП-25, эта величина емкости находится в пределах 0,7- 1,2 мкФ. Таким of)pa:i()M. счми предположить, чго утечка тока в фа;н- Л. то сигналы на выходах атчиков 12-14 согласно выражению (1) авны UI UT, CosСо) u,HUr, Соатж) (2) , Соэе|Л) 0,5. Сигналы, поступающие на вход пороговых элементов 15-17, представляющих по сути электронные ключи, преобразуются в логические сигналы для каждой фазы, т. е. на выходе элемента 15 будет логическая единица, а элементов 16, 17 - логические нули. Таким образом, возможные колебания величин Uiz , Uij , Uu , связанные с несимметрией фазных напряжений, не влияют на качество работы, так как сохраняются соотношения , , -у u,j - JiT - Логическая информация поступает на входы элементов ПАМЯТЬ 18-20. На выходе элементов 18-20 будут соответственно «1, «О, «О. На выходе элементов И 21-23 и элемента ИЛИ 24 будут логические нули. Следовательно, изменения состояния релейного элемента 8 не происходит. При включении нагрузки, например груп пы потребителей, имеющих относительно большую долю тока утечки в общем естественном токе утечки на землю, возникает также скачок тока утечки. В результате амплитуда сигнала на выходе ДТТ 1 может возрасти до величины, при которой происходит ограничение выходного сигнала в усилителе 4. В этом случае равенство амплитуд сигналов на входах в блоке 5 нарушается, а на его выходе возникает сигнал, который проходит элемент ЗАПРЕТ 6 и поступает на вход инвертора 7. Релейный элемент 8. обесточив-ается и электроустановка отключается от сети. Для предотвращения подобного ложного отключения с блока 11 поступает сигнал на запрещающий вход элемента ЗАПРЕТ 6, сигнал на ее выходе остается равным нулю, а электроустановка -иодключенной к сети. Одновременно сигнал с блока II подается на управляющие входы элементов ПАМЯТЬ. Это необходимо для того, чтобы запись информации в элемент ПАМЯТЬ производилась после окончания переходного процесса. При прикосновении человека к токоведуижм частям, например к фазе, имеющей максимальную величину тока утечки на землю, в зоне защиты, сигнал на выходе ДТТ I возрастает до такой величины, что происходит его ограничение в усилителе 4 и, как было описано, отключение электроустановки от сети. В случае прикосновения человека к гоковедущим частям, например фазы В, амплитуда на выходе его не изменяется или изменяется незначительно (в худшем случае сигналы на выходе ДТТ 1, обусловленные естестбеиным током утечки или прикосновением человека, равны).

s

Й этом случае наиряже(ия на выходах датчиков 1-2-14 становятся равными

Un 0,5kUr, lCos(-f) 0,

и;э o,5kU-r; Cos(,(3)

U -kU, (Cos(-fr)-ll.

Ha входах элементов И 21-23 появляются соответственно логические ноль, ноль Н единица, а на выходах - соответственно логические единица, ноль и единица.

На выходе элемента И 23 появляется Логическая единица, проходит схему ИЛИ 24 и подается на вход инвертора 7, что при6

водит к обесточиванию релейного злемента и и отключению электроустановки от сети.

Устройство автоматически фиксирует отказы элементов в блоках 3, 4, 7,8, 10, II, некоторые отказы (обрыв или короткое замыкание) элементов в блоках 2-24.

Положительный эффект от применения предлагаемого устройства заключается в снижении уровня электротравматизма за счет применения чувствительной защиты и обеспечения самоконтроля исправности основных элементов устройства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ В СЕТИ ПЕРЕМЕННО ГО ТОКА С ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее дифференциальный трансформатор тока (ДТТ), на выход которого подключены входы усилителя к усилителя-ограничителя, аналоговый вычитатель,первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно усилителя и усилителя-ограничителя, а выход - к информационному входу элемента ЗАПРЕТ, датчик тока нагрузки, блок формирования сигнала ПО скорости изменения тока нагрузки, вход которого подключен к выходу датчика тока нагрузки, а выход - к запрещающему входу элемента ЗАПРЕТ, инвертор, вход которого подключен к выходу элемента ЗАПРЕТ, а выход - к выходному релейному элементу, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности устройства, дополнительно введены для каждой фазы датчик активного тока утечки на землю, первый вход которого подсоединен к выходу ДТТ, а второй входк датчику фазного напряжения сети, конденсатор, подключенный к выходу ДТТ,три пороговых элемента, входы которых соединены соответственно с выходами датчиков .активного тока утечки, три элемента ПА-, МЯТЬ, входы которых соединены соответстаенно с выходами пороговых элементов, а управляющие входы элементов ПАМЯТЬ соединены между собой и подключены к о выходу блока формирования сигнала по 9 скорости изменения тока нагрузки, три элемента И, при этом ко входам первого элементаИ подключены выходы первого и второго элементов ПАМЯТЬ, ко входам второго -- выходы второго и третьего элементов ПАМЯТЬ, ко входам третьего - выходы первого и третьего элементов ПАМЯТЬ, трехвходовый элемент ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам эле05 ментов И, а выход - ко входу инвертора.