Устройство для защитного отключения в сети с глухозаземленной нейтралью Советский патент 1984 года по МПК H02H3/16 H02H5/12 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам защитного отключения. Известно устройство, которое отключает напряжение от контролируемого участка сети при пробое изоляции и прикосновении человека к токоведущим частям электроустановок СИ . Наиболее близким к изобретению является устройство, которое содержит датчик тока утечки, суглматор, орган формирования токовременной ха рактеристики, состоящий из выпрямителя, компаратора, интегратора, бло Сброса интегратора на ноль и пороге вого блока, орган авторегулирования состоящий из управляемого генератора, блока подстройки амплитуды, бло ка сравнения амплитуд, блока подстр ки частоты и фазы и двух интеграторов L 2. Недостаток известного устройства состоит в том, что в случае несинус идальности тока утечки возможны лож ные -срабатывания устройства, так ка система авторегулирования восстанав ливает только гармонику сигнала дат чика и на выходе сумматора появится разностный сигнал, определяемый выс шими гармониками, Вцсшие гармоники в токе утечки появ.ляются из-за нали чия Нелинейных нагрузок в зоне защиты (перемагничивание магнитопроводов. тиристорные регуляторы и т.д Целью изобретения является повышение надежности путем обеспечения работоспособности устройств при токе утечки несинусоидальной . Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защитного отключения в сети с глухозаземленной нейтралью, содержащее датчик тока утечки, выход которого через сумматор присоединен к органу формирования токовременной характеристики, состоящему из последовательно соединенных выпрямителя, вход которого является входом вьвиеупомянутого органа, компаратора, первого интегратора с блоком сброса интегратора . на ноль, порогового блока, выход которого является выходом вышеупомянутого органа, орган авторегулирования, состоящий из блока сравнения амплитуд, выход которого через второй интегратор подключе к первому входу блока подстройки амплитуды, блока подстройки частоты и фазы,, выход которого через третий интегратор подсоединен к входу управляемого генератора, выход котороги подключен к второму входу блока подстройки амплитуды, а выход последнего подсоединенк вторым вхо дам блока сравнения амплитуд и бло ка подстройки частоты и фазы и явля ется выходом органа авторегулирования, а первые входы блока сравнения амплитуд и блока подстройки частоты и фазы соединены и являются входом органа авторегулирования, в него введены п полосовых фильтров , (. -1) органов авторегулирования, многовходовой сумматор, при этом выход датчика тока утечки через соответствующие полосовые фильтры и органы авторегулирования подключен к входам многовходового сумматора, выход которого подключен к вычитающему входу сумматора. На чертеже представлена блок-схе1 ма устройства. Устройство содержит датчик 1 тока утечки, сумматор 2, орган 3 формирования токовременной характеристики, орган 4 авторегулирования, многовходовый суглматор 5, полосовые фильтры 6, вьоделяющий основную и высшие гармоники сигнала датчика тока выпрямитель 7, компаратор 8, первый интегратор 9, блок 10 сброса интегратора на ноль, пороговый .блок 11, управляемый генератор 12, второй интегратор.13, блок 14 подстройки амплитуды, блок 15 подстройки частоты и фазы, блок 16 сравнения амплитуд, третий интегратор 17. Устройство работает следующим образом. Ток утечки в зоне защиты Oyiti создает сигнал на выходе датчика 1 тока утечки, в общем случае отличный от синусоидальной формы. Этот сигнал можно представить в виде L(,t).| (aiti-q)) V (2ait-t pг. .-.- ип-з«(1( где KQ - коэффициент трансформации датчика. Сигнал датчика утечки поступает на суммирующий вход сумматора, а также на входы полосовых фильтров 6, на выходе фильтра первой гармоники появляется сигнал V() V sin ( lOb + ), на выходе Лильтра второй гармоники V(f,j)j ( 2ijLjt-4- и т.д. (где и) - частота питающей сети). Сигналы с выходов полосовых фильтров поступают на входы соответствующих органов 4 авторегулирования. Рассмотрим работу органов авторегулирования на примере орггша первой (основной) гармоники. С выхода полосового фильтра б напряжение первой гармоники сигнала датчика тока утечки поступает на первые входы блоков 15 и 16. На вторые входы тех же блоков поступает сигнал генератора 12,, прошедший через блок 14. В случае отличия частоты и фазы сигнала генератора от сигнала датчика, который используется в качестве опорного сигнала, блок 15,вьлполненный, например, по схеме дис криминатора частоты и фазы, выраб тывает сигнал перестройки, который через третий интегратор 17, в качестве которого может быть примене на обычная интегрирующая цепь с до статочно большой (единицы минут) по стоянной времени, подается на вход генератора 12. В качестве управляе мого генератора может быть использован О С-генератор с мостом Вина, в плечи которого установлены резис тивные оптроны, управляемые напряжением с входа блока 15. Генератор подстраивается таким образом, что на его выходе сигнал будет с точностью до фазы совпадать с напряже нием первой гармоники сигнала датч ка 1 тока утечки. Если сигнал с выхода блока 14 отличается по ампл туде от сигнала первой гармоникидатчика 1, то блок 16, выполненный например, по схеме дифференциального усилителя, на входы которого после выпрямления подаются сравниваемые сигналы, вырабатывает сигнал подстройки ампдитуды, который через второй интегратор 13 поступает на у равляющий вход блока 14 подстройки амплитуды, в качестве которого може быть применен управляемый делитель оптронах. В результате работы органа авторегулирования на выходе образуется сигнал с точностью до фазы и амплит ды, совпадающей с напряжением перво гармоники сигнала датчика, который пост пает на один из входов многовходового сумматора 5. Органы авторегулирования высших гармоник сигнала датчика работают аналогичным образом. На выходах этих органов будут сформированы напряжения, совпадающие по .амплитуде, частоте и фазе с соответствующими гармониками сигнала датчика тока утечки. Количество органов 4 выбира ется в зависимости от частотного со става сигнала датчика тока утгечки и необходимой точности его восстановления, которая определяется чувствительностью устройства в целом. В реальных сетях существенное влияние на работу оказывает (кроме первой ) третья гармоника, так как трет гармоники токов утечки различных фаз всегла сум мируются. Поэтому в большинстве случаев достаточно огра ничиться двумя органами авторегулирования. Синтезированные напряжения гармо ник суммируются на многовходовом сумматоре 5, на выходе которого образуется сигнал, совпадающий с сиг налом датчика тока утечки, который подается на вычитающир вход сумматора 2. Напряжение на выходе сумматора 2 будет равно нулю, и устройство в целом будет находиться в дежурном режиме. При прикосновении человека к токоведущим Частям в зоне защити через его тело потечет ток Ог, котопый суммируется с током утечки J-y , ч напряжение на выходе датчика тока утечки примет вид ) .inuot+cf i + UaSinCacot v tjf,.. . j- ... + Un3in(aciit-nfny в то же время синтезированные напряжения гармоник сигнала датчика на выходе органов 4 останутся неизменными за счет инерционности второго 13 и третьего 17 интеграторов, входящих- в органы авторегулирования. Напряжение на выходе многовходового сумматора 5 (и на вычитающем входе сумматора 2)останется неизменным. На выходе сумматора 2, таким образом, появится напряжение, равное разности CYc(-tl )J , T.e.Vp (л. Это напряжение поступает на вход органа формирования токовременной характеристики, на выходе выпрямителя которого образуется постоянное напряжение, равное амплитуде Напряжения р. Выпрямленное напряжение Vp подается на входе компаратора 8, где сравнивается с опорным напряжением Von , которое определяет уставку срабатывания устройства в целом. Если VP V Von / то. на выходе блока 8 появится сигнал - Yonlr который поступает на вход интегратора 9/ на выходе которого появится напряжение, возрастающее по закону UwHT(t) (Up-Uop,)cJt, и, поскольку р- пропорционально току через человека, а Von определяет ток уставки срабатывания , можно записать Uw(t)l /bn-3.cTXt, где - момент прикосновения человека к токовед т-чим частям; К;) U К коэффициенты пропорциональности, учитывающие чувствительность датчика и постоянную интегрирования интегратора . ,. Напряжение цнщ подается на вход порогового блока 11, я при ире-вышении им напряжения срабатывания Vcp порогового блока вызовет срабаты-. вание всего устройства и отключение напряжения от контролируемого участка сети. Если же за §ремя нарастания напряжения на выходе интегратора инш Ct) ДО величины Yop произойдет самостоятельное отсоединение человека от токоведущих частей, тс сигнал на выходе датчика 1 тока утечки станет равным начальному, и напряжение на выходе сумматора вновь станет равно нулю, так как за время самостоятельного отсоединения человека от токоведущих частей (.доли секунды) не произойдет сколько-нибудь значительной перестройки амплитуды ,и фазы управляемого генератора.

Напряжение на выходе блока 8 также будет равно нулю, и блок 10 сбросит сигнал интегратора на ноль, срабатывания не произойдет, и устройство вернется в исходное состояние.

Применение предлагаемого устройства позволяет повысить надежность энергоснабжения и уровень электробезопасности в сетях с несинусоидальной формой тока утечки, превышающего уставку срабатывания.

Д 8 С N Ч

| о о II

в с н

к нагрдзт

fz

-Р

h

ff

втк.тчение