Устройство для защиты человека от поражения электрическим током в сети с электродвигателем Советский патент 1984 года по МПК H02H5/12 

довательно соединенные размыкающий контакт вновь введенного промеж точного реле, подключаемого к сетиз и первый выходной зa fыкaющий кон-такт исполнительного органа элемента И, вторые вьгходные замыкающие контакты которого включены в каждую

фазу блока заземления, а источник оперативного тока присоединен между сетью и землей через последовательно соединенные присоединительный фильтр, пороговый элемент, второй выходной замыкающий контакт которого включен в цепи питания реле времени.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕКА ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ В СЕТИ С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, содержащее блок заземления каждой фазы, выполненный на двух йстречно-параллельных тиристорах и последовательно соединенном с ними резисторе, реле времени, замыкающий контакт которого включен в цепь питания отключающей катушки автоматического выключателя, магнитный пускатель, определитель поврежденной фазы, выполненный на разделительном трансформаторе, первичная обмотка которого через диод соединена с управляющим электродом и катодом соответствующаго тиристора блока заземления, а вторичная обмотка через первый транзистор и формирователь положительных имп:ульсов, состоящий из последовательно соединенных стабилитрона, резистора и диода, - с вторичными обмотками первого входного трансформатора н импульсного трансформатора с прямоугольной петлей гистерезиса, первичная обмотка которого пoдключeнaJ через второй транзистор, стабилитрон и диод к вторичной обмотке второго БХОДНОГО трансформатора, первичная обмотка которого включена между фазой и землей, отличающееся тем, что, С целью повьшения электробезопасности путем задержки времени на размыкание силовых контактов магнитного пускателя и повьшения надежности электроснабжения, в него введень.1 источник оперативного тока - выпрямительный мост, присоединительный фильтр, пороговый элемент, два блокировочных реле, ключевой блок, блок распознава НИН причин утечки тока, выполненный в виде дифференцирующего звена, к С выходу которого подключен его реагирующий орган, элемент И, к выходу которого присоединен исполнительный орган,на первый вход элемента И включен первый замыкающий контакт первого блокировочного реле, в SStSffl& ,цепи питания последнего включены ±5 два параллельно соединенных замыкаю«ssf щих контакта первый контакт порогового элемента и второй контакт первого блокировочного реле, а на второй вход элемента И включен первый 00 замыкающий контакт второго блокиро вочного реле, в цепи питания которого включены два папаллельно соеди ненных зa шкaющиx контакта - контакт реагирующего органа блока распознавания причины утечки тока и второй контакт второго блокировочного реле, при этом ключевой блок вьшолнен в виде выпрямительного моста, включённого со стороны электродвигателя, резистора и конденсатора. Подключенного на выход вьтрямительного моста и параллельно катушке магнитного :пускателя: через после

Изобретение относится к устройствам защиты человека от поражения электрическим током и кожет быть использовано в системах электроснабжения с изолированной нейтралью,

Известно устройство, содержащее определитель поврежденнойфазы сети определитель поврежденного фидераэ выключатель питания фидера, источник оперативного тока, блок искусственного заземления поврежденной фазы фидера П ,

К недостаткам данного устройст}за относится то, что опо не отличает однополюсное прикосновение человека к фазе сети от снижения изоляции, что приводит к неоправданному увеличению перенапряжений в сети.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предла1гаемому является устроЛство, содержащее блок определителя поврежденной фазы, блок заземления каждой фазы, реле времени и автоматический выключатель 2 ,

Недостатком указанного устройств защиты является то, что при прикосновении человека к ответвленшо элекрической сети пускатель-электродвигатель и отключении пускателя (при снижении напряжения до 60% от номинального линейного) человек попадае под напряжение, которое /длительное время продолжает поддерживаться асинхронным электродвигателем т.е. защитного шунтирования в этом случае не будет. К недостатка устройства следует отнести также то, что замыкание фазы осушествляется и при прикосновении к ней человека и при повреждении или увлажнении изоляции фазы. В последнем случае замыкание фазы на землю производить нет необходимости, тем более, что при замыкании одной из фаз на двух других возникает бросок перенапряжения от 1,7 4 Уф , который снижает иадеж ж.-ть и долговечность работы

изоляциии электрической сети и приводит к ее пробою.

Цель изобретения - повьшение электробезопасности путем задержки времени на размыкание силовых контактов магнитного пускателя и повышение надежности электроснабжения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для защиты человека от поражения электрически током в сети с электродвигателем, содержащее блок заземления каждой фазы, выполненный на двух встрёчно-параллельньпс тиристорах и последовательно соединенном с ними резисторе, реле времени, замыкающий контакт которого включен в цепь питания отключающей катушки автоматического выключателя, магнитный пускатель, определитель поврежденной фазы, выполненный на разделительном трансформаторе, первичная обмотка которого через диод соединена с. управляющим электродом и катодом соответствующего тиристора блока заземления, а вторичная обмотка через первый транзистор и формирователь положительных импульсов, состоящий из последовательно соединенных стабилитрона, резистора и диода , с вторичными обмотками первого входного трансформатора и импульсного траггсформатора с прямоугольной петлей гистерезиса, первичная обмотка которого подключена через второй транзистор, стабилитрон и диод к вторичной обмотке второго входного трансформатора, первичная обмотка которого включeнa между фазой и землей, введены источник оперативного тока вьшрямительный мост, присоединительный фильтр, пороговый элемент, два блокировочных реле, ключевой блок, блок распознавания причины утечки тока, выполненный в виде дифференцирующегс звена, к выходу которого подключен его реагируюпдай орган, логический элмент И, к выходу которого присоединен исполнительный орган, на первый вход элемента И включен пер вый замыкающий контакт первого блокировочного реле, в цепи питания последнего включены два параллельно соединенных замыкающих контакта первый контакт порогового элемента и второй контакт первого блокировочного реле, а на второй вход элемента И, включен первый замыкающий контакт второго блокировочного реле, в цепи питания которого включены два параллельно соединенных замыкающих контак та - контакт реагирующего органа бло ка распознавания причины утечки тока и второй контакт второго блокировочн го реле, при этом ключевой блок выполнен в виде вьтрямительного моста, включенного со стороны электродвигателя, резистора и конденсатора, подключенного на вход вьтрямительного моста и параллельно катушке магнитного пускателя через последовательно соединенные размьжающий контакт вновь введенного промежуточного реле подключенного к сети, и первый выходной замыкающий контакт исполнител ного органа логического элемента И, вторые выходные замыкающие контакты которого включены в каждую фазу блок заземления, а источник оперативного тока присоединен между сетью и земле через последовательно соединенные присоединительный фильтр и пороговый элемент, второй выходной замыкающий контакт, которого включен в цепи пита ния реле времени. На чертеже изображена схема устро ства на примере одной фазы совместно со схемой электрической сети. Устройство состоит из нормально закрытых тиристоров 1-6, замыкающих фазу с прикоснувшимся человеком на земли через ограничивающие сопротивл ния 7-9 (соответственно для фаз А,В и С) и через замыкающие конакты 10 исполнительного органа 1 логическог элемента И 12. Управляющий электрод каждого тиристора 1-6 через диод 13, разделительный трансформатор 14, резистор 15 и транзистор 16, а также через резисторы 17 и 18 соединен как с формирователем положительных -импульсов, состоящим из стабилитрона 19, диода 20, резистора 21 и обмотки cd трансформатора 22, так и с вторичной обмоткой импульсного трансформатора 23. Первичная обмотка импульсного трансформатора 23 подключена через транзистор 24 и формирователь отрицательных импульсов, состоящий из диода 25, стабилитрона 26 и обмотки аЬ входного трансформатора 27. Трансформаторы 28 и 29 являются входными для фаз В и С. Для питания цепей устройства служат источники .30 питания. Источник 31 оперативного тока выпрямительный мост включен между трехфазной сетью и землей последовательно соединенные и источником 31 оперативного тока пороговый элемент 32, присоединительный фильтр 33 и блок 34 распознавания причины утечки тока с реагирующим, органом 35. Пороговый элемент 32 воздействует на замыкающие контакты 36 в цепи питания первого блокировочного реле 37, которое самоблокируется своим замыкающим контактом 38 и замыкает замьшающий контакт 39 в первой входной цепи логического элемента И 12, а также контакт 40 в цепи питания реле 41 времени. Реагирующий орган 35 блока 34 распознавания причины утечки тока воздействует на первый замыкающий контакт 42 в цепи питания второго блокировочного реле 43, которое самоблокируется своим контактом 44 и замыкает замыкающий контакт 45 во второй входной цепи логического элемента И 12. .Распознавание причины утечки тока основано на том, что ток утечки через повреждение изоляции достигает практически мгновенно установившегося значения, а через прикоснувшегося к фазе человека нарастает с определенной скоростью. Блок 34 распознавания причины утечки тока служит для контроля скорости нарастания оперативного тока через человека и выполнен в виде дифференцирующего звена. Пороговый элемент 32 предназначен для контроля нижнего предела сопротивления изоляции электрической сети относительно земли. К.пючевой блок 46 выполнен в виде выпрямительного моста 47, включенного на линейное напряжение сети со стороны электродвигателя 48, резистора . 49 и ко нденсатора 50, подключенного на выход выпрямительного моста 47 и параллельно контакторной кйтушке 51 магнитного пускателя 52 через последо

вательно соединенные выходной замыкающий контакт 53 исполнительного органа 1 логического элемента И 12 и . размыкающий контакт 54 промежуточного реле, находящегося в схеме управле- 15 ния магнитного пускателя 52,

При замыкании контактов 55 реле 41 времени, замыкаюп их цепь питания отключающей катушки 56, происходит отключение автоматического выключателя 57, 20 включенного на выход силового понижающего трансформатора 58. Устройство работает следующим образом. Если человек не касается фазы, то на вход устройства, например на зажимы q и Ь , трансформатора 27 (фаза А) поступает синусоидальное напряжение порядка 10 В. Напряжение база - эмиттер транзистора 24 име.ет форму отрицательных прямоугольных импульсов, причем напряжение запирания стабилитрона 26 является уставкой срабатывания устройства.Первичная обмотка импульсного трансформатора 23, являясь нагрузкой транзистора 24, при поступлении отрицательных импульсов размагничивает сердечник трансформатора. По окончании каждого отрицательного импульса сердечник трансформатора будет находиться в отри цательной части петли гистерезиса. В промежутках между размагничиваю-щими импульсами во вторичную обмотку трансформатора 23 посылаются формиро вателем 19-21 положительные намагничивающие импульсы s, открывающие тиристоры, например, 1 или 2 фазы А. Амплитуда напряжения этих импульсов поДбирается резистором 18 такой, чтобы в отсутствии касания человеком токове дущей фазы намагничивание сердечника трансформатора 23 шло от отрицательной области петли гистерезиса в положитель ную до точки, близкой к точке насьпцения сердечника. В этой точке индуктив ное сопротивление вторичной обмотки трансформатора 23 таково, что напряже HHQ управления тиристором, снимаемое

ного пускателя 52 замкнуты, а конденсатор 50 находится в .заряженном состоянии.

в случае возникновения утечки, например, на фазе А, вызванной прикосновением человека к фазе ответвления электрической сети пускательэлектродвигатель (условно показано одно ответвление), и невозможности с резистора 17 через транзистор 16, резистор 15 и разделительный трансформатор 14, недостаточно для его отпирания . При нормальном рабочем состоянии сопротивление изоляции электрической сети относительно земли достаточно высокое и через пороговый элемент 32 протекает ток, недостаточный дляего срабатывания, силовые контакты магнитсамостоятельного освобождения человека от фазы напряжение фазы по отношению к земле снижается. Поэтому стабилитрон 26 и транзистор 24 будут закрыты и размагничивающие импульсы не будут поступать в первичную обмотку трансформатора 23. Положительный импульс от формирователя 19-21 приведет сердечник в состояние насыщения, при котором индуктивное сопротивление вторичной обмотки импульсного трансформатора 23 достаточно велико, что, в свою очередь, приведет к отпиранию транзистора 1, если контакты 10 исполнительного органа 11 логического элемента И 12 будут замкнуты, то к замьжанию фазы А на землю через ограничивающий резистор 7. Напряжение фазы еще раз снизится, поэтому размагничивающая обмотка будет бездействовать. Положительные импульсы продолжают поступать во вторичную обмотку трансформатора 23 и тиристор 1 в эти полупериоды будет открыт. Поскольку в перерывах между положительными импульсами этот тиристор saKpHsaeTcflj то для устране1дая протекания через человека тока недопустимой величины в эти отрезки времени в схеме предусматривается еще один (идентичный рассмотренному ) полуканал с тиристором 2, открывающимся синхронно с запиранием первого тиристора. В этом полуканале питание формирователей импульсов снимается с зажимов аЬ и cdc входных трансформаторов 27 и 22. Величина оперативного тока утечки через пороговый элемент 32 при однополюсном прикосновении человека к сети достигает величины срабатывания, и выходные контакты 40 замыкают ся в цепи питания реле 41 времени, а контакты 36 - в цепи питания блоки ровочного реле 37, Последнее в свою очередь самоблокируется контактами 38 и замыкает контакты 39 на первом входе логического элемента И 12. При замыкании контактов 39 и 45 на исполнительном органе 11 логического элемента И 12 появляется напряжение и его замыкающие контакты 10 в цепи блока заземления и 53 в цепи ключевого блока 46 замыкаются. В это случае тиристор 1 открыт и через него

замыкается фаза А на землю, осуществляя защитное щунтирование тела человека.

В этом случае утечки тока за счет повреждения изоляции или ее недопусти-20 мого увлажнения на выходе логического элемента И 12 напряжение будет отсутствовать, а контакты 10 исполнительного органа 11 в цепи блока заземления и контакты 53 в цепи ключевого блока 46 - разомкнуты. Следовательно, защитного замыкания фазы на землю не произойдет и не будет броска перенапряжения на фазах. Бели утечка тока не самоустраняется в течение 0,75 с, то реле 41 времени замкнет контактами 55 цепь питания отключающей катушки 56 автоматическог выключателя 57, который отключит электрическую сеть от силового понижающего трансформатора 58. Общее время срабатывания реле 41 времени и автоматического выключателя 57 соглас но действующим правилам безопасности не должно превьппать 0,2 с. После размыкания силовых контактов автоматического выключателя 57 напряжение в сети не исчезает мгновенно. Начинается групповой выбег электродви гателей, который продолжается до тех пор, пока напряжение в сети не снизится до 0,6 Цр при котором отпадзт подвижные магнитные системы контакторов пускателей и разомкнутся их силовые контакты. После размыкания силовых контактов магнитного пускателя 52

кого элемента 12 будут замкнуты и произойдет разряд конденсатора 50на контакте о Hw: катушку 51, при зтом производится задержка времени на разначинается индивидуальный выбег электродвигателя, при котором напряжение в сети будет также длительное время поддерживаться за счет вращающегося по инерции электродвигателя. При достижении напряжения 0,6 UH происходит отпускание якоря промежуточного реле, находящегося в цепи управления серийно выпускаемых магнитных пускателей, а замыкание его контактов 54 в цепи разряда конденсатора 50 на контакторнук) катушку 51 магнитного пускателя 52. Если на фазе А утечка за счет касания человека, то контакты 53 исполнительнсго органа 11 логичесмыкание контактов, т.е. замыкание фазы на земоло при индивидуальном выбеге остается. Если утечка произошла по причине повреждения изоляции, то задерлжи времени на размыкание силовых контактов магнитного пускателя 52 не произойдет, так как контак- ты 53 исполнительного органа 1I логического элемента И 12 разомкнуты. В предлагаемом устройстве за счет использования блока распознавания утечки тока и логического блока И значительно сокращается число бросков перенапряжений, которые могут быть причиной пробоя изоляции электрической сети, причиной простоев производственных агрегатов. Таким образом, замыкание фазы на землю и задержка времени на отключение пускателя обеспечивается не при любом отключении линии с электродвигателем, а только при прикосновении человека к токоведутцей фазе, тем самым уменьшается частота бросков перенапряжений, вызванных искусственным замыканием фазы при снижении сопротивления изоляции относительно зеьши, HanpifMepj из-за ув лажненности.т;е. повышается надежность работы схемы электроснабжения и уровень электробезопасности при эксплуатации электрических сетей. 57 5в