Устройство для защиты от утечки тока на землю (корпус) в сети постоянного тока Советский патент 1984 года по МПК H02H3/17 

Изобретение относится к электротехнике, а именно, к средствам защиты от утечек на землю и поражения электрическим током при однополюсном прикосновении к токоведущим частям.

По основному авт.св. 904067 известно устройство, содержащее генератор тока пониженной частоты, подключенный к разделительному трансформатору, рабочая и компенсирующая секции вторичной обмотки которого соединены последовательно, включены через конденсаторы между одним из полюсов сети и землей (корпусом Ь операционный усилитель, присоединенный инвертирукяцим входом к средней точке между рабочей и компенсирующей секциями разделительног трансформатора,а выходом - к положительному органу: снабженное датчиком j напряжения, анализатором несик 1етрии задатчиком уставки, промежуточным транзистором, логическим элементом, реализующим логическую функцию у Х Xj+ X Xj, и двумя дополнительными операционными усилителями, причем выход задатчика уставки соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, выбранного с большим входным сопротивлением, а вход - с коллектор-эмиттерной цепью промежуточного транзистора, база которого подключена к выходу логического элемента, подсоединенного двумя входами к выходам дополнительных операционных усилителей, а третьим входом - к блокирующей цепи датчика напряжения, при этом дополнительные операционные усилители подключены инвертирующими входами к катодам диодов, аноды которых присоединены к делителю напряжения анализатора несимметрии, а компенсирующая и рабочая секции вторичной обмотки разделительного трансформатора включены согласно. Данное устройство имеет высокую чувствительность при контроле сопротивления изоляции в сетях с изменяющейся полярностью напряжения по полюсамС 3.

Однако это устройство имеет существенный недостаток, заключающийся в наличии апериодической составляющей во входном токе порогового устройства независимо от соотношения проводимостей изоляции по полюсам. Это обусловлено протекание зарядного и разрядного токов через разделительный конденсатор при изменениях напряжения контролируемой сети, что при применении порогового устройства, реагирующего на сигнал одной полярности приводит к ложным срабатываниям схемы при скоростях изменения напряжения более 100 В/с. Заглубление входа порогового устройства повышает помехоустойчивость

однако при этом резко снижается его чувствительность.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости защиты при изменении питающего напряжения; в контролируемой сети.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для защиты от утечки тока на землю (корпус ) в сети постоянного тока, дополнительно вве,дены конденсатор, подключенный |между выходом рабочей секции вторичной обмотки трансформатора и вторым полюсом контролируемой сети, второй пороговый элемент и расширитель импульсов, выполненные на операционных усилителях, а также логический элемент 2И, причем пороговые элементы подключены к средней точке секций вторичной обмотки трансформатора разнополярными входами, выход одного из пороговых элементов присоединен к одному из входов логического элемента 2И, а выход другого порогового элемента подключен к неинвертирующему входу расширителя импульсов, выход которого подключен к входу логического элемента 2И, присоединенного выходом к входу исполнительного органа.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 и 3 - соответственно диаграммы напряжений в основных узлах схема при снижении сопротивления изоляции сети и при изменениях напряжения в переходных режимах в контролируемой сети.

Устройство состоит из источника 1 оперативного тока пониженной частоты, подключенного к первичной обмотке трансформатора 2, Вторичная трансформатора состоит из двух секций - рабочей 3 и компенсирующей 4, включенных согласно. Начало рабочей секции 3 подключено чере конденсаторы 5 и б к полюсам сети, а конец компенсирующей секции 4 через регулируемый конденсатор 7, предназначенный для полной компенсации емкости сети, присоединен к земпе. К средней точке секций подключены входы пороговых элементов на операционных усилителях 8 и 9 и регулируемый резистор 10, образуюцщй с резистором 11 делитель напряжения в задатчике 12 уставки. Выход порогового элемента 8 присоединен к входу расширителя 13 импульсо Выход порогового элемента 9 присоединен к одному из входов логического элемента 14, выполненного по схеме 2И, к второму входу которого присоединен выход расширителя 13 импульсов. Выход логического элемента 14 присоединен с входу исполнительного .органа 15. Вход задатчика 12 уставки через коллектор-эмиттерную цепь промежуточного транзистора 16присоединяется к земле. Базовая цепь транзистора 16 включена на выход элемента 17 логики, реализующе логическую функцию Xj. Две входные цепи 18 и 19 элемента 17логики подключены к выходам вспо могательных усилителей 20 и 21, вхо ды которых подключены к точкам А и В делителя напряжения анализатора 22 несимметрии сопротивления изоляции по полюсам. Вход 23 элемента 17 логики подключен к блокировочном контакту датчика 24 напряжения. Контролируемая цепь образована активными 25 и 26 и емкостныкм 27 и 28 сопротивлениями изоляции полюсов системы генератор-двигатель 29 и 30 Питание операционных усилителей и элементов логики может осуществлять ся от отдельного источника питания (не показан). Включение дополнительного конден сатора 6 позволяет исключить появле ние апериодической составляющей входного тока во время изменения контролируемого напряжения при одинаков сопротивлениях изоляции полюсов. Ток, пЬступающий на входы порого вых устройств 8 и 9 при колебаниях напряжения контролируемой сети со скоростью операторной форме определяется выражением ( qj R,R2Cp(C2-Cj; c,,Cp(,|; ;b, 2R((C.C,|; V2R,Cp(R.Rj). (С Сг 2Ср|; . сопротивления изоляции полюсов относительно земли (25 и 26 ); емкости изоляции полюсов относительно земли 127 и 28/ ; Ср- емкость разделительного конденсатора (5 и 6) . Анализ приведенного выражения показывает, что если сопротивления и емкости изоляции по полюсам не равны, то по входным цепям пороговы устройств протекает ток,направлени и величина которого зависит от соче тания направления (знака) и скорост изменения напряжения сети, а также характера и величины аси1Уметрии пар метров изоляции полюсов. Устройство работает следуквдим образом. В исходном состояний (закыкание на землю или утечка в сети отсутств ет) .оперативное напряжение, подавае мое от средней точки рабочей 3 и компенсирующей 4 секцией на входы пороговых элементов 8 и 9 оказывается ниже порога их срабатывания, определяемого задатчиком 12 уставки. Анализатор 22 несимметрии при этом выдает сигнал положительной полярности на вход усилителя 20 и отпирает его, а на вход усилителя 21 поступает сигнал отрицательной полярности, вследствие чего он оказывается запертым. Пдэтому на входы 18 и 19 элемента 17 логики поступают сигналы, соответствующие логическим 1 и 0.При этом элемент 17 не выдает сигнала и транзистор 16 закрыт. При симметричном снижении сопротивлений изоляции полюсов сети переменное напряжение, поступающее на входы пброговых элементов 8 и 9 начинает возрастать4 После превышения амплитудой переменного напряжения Ug ycTaBOK срабатыванияУрба , L/cpg пороговых элементов 8 и 9 они начинают попеременно отпираться соответственно от отрицательной и положительной полуволн напряженияи. При этом на выходах пороговых элементов 8 и 9 появляются прямоугольные импульсы напряженияиц 1 д,и5, , сдвинутые друг относительно друга на 20 мс, т.е. на длительность одного полупериода переменного напряжения, частота которого 25 Гц (фиг. 21. С целью обеспечения нормальной работы логического элемента 14 необходимо последовательности импульсов На выходах пороговых элементов 8 и 9, сдвинутых друг относительно друга, совместить по времени. Для этого служит расширитель 13 имщльсов, выполненный на операционном усилителе, включенном по схеме ждущего мультивибратора одновибратора ), имеющего одно устойчивое и одно квалиустойчивое состояния. Короткие импульсы U, g, поступающие на вход расширителя 13 импульсов, расширяются по времени настолько (1вых1з чтобы они перекрывали импульсыид, J. При этом к входам логического элемента 14 оказываются при ложе нныIvlи одновременно импульсы напряжений Ug, 3 э вследствие чего элемент 13 реализует логическую операцию 2И и передает сигнгш на исполнительный орган 15, и следовательно, на отключение сети. При несимметричном снижении сопротивления изоляции по полюсам или при однополюсном прикосновении человека уставки срабатывания пороговых элементов 8 и 9 должны по условиям безопасности автоматически повышаться. Достигается это следующим образом. При снижении сопротивления изоляции 25 (на полюсовом полюсе/ потенциал точки / относительно земли в анализаторе 22 несимметри начинает

нижаться. Когда потенциал точки нижается до такой величины, что на ход операционного усилителя 20 оступает сигнал меньше его порога раОатываиия, то на выходе усилителя оявляется отрицательное напряжение, 5 соответствующее логическому нулю. ри этом на входы 18 и 19 логического элемента 17 поступают сигналы огических нулей, а на выходе появляется положительный потенциал. 10 Вследствие этого транзистор 1ё открывается и шунтирует резистор 11 задатчика 12 уставки. Последнее Приводит к снижению напряжения смещения на пороговых элементах 8 и 9, 5 а следовательно, к увеличению уставки срабатывания устройства.

В случае снижения сопротивления изоляции 26 (на минусовом полюсе; и достижением им некоторого знача- -Q ния, потенциал точки 6 в анализаторе 22 несимметрии возрастает до такой величины, при которой на выходе оперсщионного усилителя 21 появляется положительное напряжение, со- ответствующее логической 1. Элемент 17 при этом также выдает положительный потенциал и отпирает транзистор 16. В дальнейшем схема работает аналогично.

При отсутствии напряжения в 30 контролируемой сети на входах усилителей 20 и 21 управляющие сигналы не поступают. Поэтому они заперты, а следовательно, на входы 18 и 19 логического элемента 17 поступают 35 сигналы, соответствующие логическим О и О. При таком сочетании элемент 17 на выходе должен выдавать сигнал, отпнракидий транзистор 16, который завышает уставку срабаты- 40 вания устройства. Однако в данном случае (напряжение отсутствует завышение уставки не требуется, следовательно, необходимо исключить работу элемента 17 в таком режиме. дг Достигается это посредством включения в качестве блокировки замыкающего контакта датчика 24 напряжения .на третий вход логического элемента 17, который кюжет работать только CQ при подаче питания через замкнутый контакт датчика 24 напряжения. Поэтому настройкой датчика 24 напряжения на определенное напряжение срабатывания (например на 110 В), накладывается блокировка работы схемы корректировки уставки при напряжениях менее НОВ.

Таким образом, устройство обеспе.чивает защиту сети от симметричных утечек, а также от несимметричных утечек и поражения электротоком с автоматическим повышением уставки срабатывания.

При переходных режимах в контролируемой сети, т.е. при больших скоростях изменения напряжения в сети, при условии несимметрии параметров изоляции по полюсам разделительные конденсаторы 5 и 6 не в состоянии полностью исключить появление апериодической составляющей во входном напряжении (фиг. 31. Так при возрастании напряжения сети (от точки С до точки Д) на входной сигналО частотой 25 накладывается положительная апериодическая составляющая, вследствие чего положительная полуволна результирую1дего напряженияиц достигает уставки срабатыванияОррдПОрогового элемента 9. На выходе его появляются импульсыОц, поступающие на вход логического элемента 14. Однако на второй вход логической схемы CKrHanUg,jOT расширителя импульсов не поступает, так как пороговый элемент 8, реагирукяций на отрицательную полуволну, не срабатывает ввиду того, что отрицательное значение амплитуды результирующего напряженняи оказывается меньше уставки срабатывания Нерв порогового элемента 8. Следовательно, логический элемент 14 не выдает сигнал на исполнительный орган 15. При снижении напряжения сети на входной сигнал частотой 25 Гц накладывается отрицательная апериодическая составляющая. НапряжениеUBX превышает уставку срабатывания порогового элемента 8 и на выходе его, а также на выходе расширителя 13 импульсов, появляются импульсыид(,5 Ио так как bg. не достигает уставки срабатывания порогового элемента 9, то на его выходе импульсы напряжения отсутствуют и логический элемент 14 не срабатывает.

Таким образом, обеспечивается помехозащищенность схемл при переходных режимах в контролируемой сети.

Использование предлагаемого устройства повышает электробезопасност и снижает аварийность при эксплуатации сетей.

вых. 9

вш. 13

Фиэ. 2

) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ УТЕЧКИ ТОКА НА ЗЕМЛЮ (КОРПУС ) В СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА по авт.св. № 904067, отличающее ся тем, что, с цепью повышения помехоустойчивости при изменении питающего напряжения в контролируемой сети, в него дополнительно введены конденсатор. подключенный между выходом рабочей секции вторичной обмотки трансформатора и вторым полюсом контролируемой сети, второй пороговый элемент и расширитель импульсов, выполненные на операционных усилителях, а также логический элемент 2И, причем пороговые элементы подключены к средней точке секций вторичной обмотки трансформатора разнополярными входами, выход одного из пороговых элементов присоединен к одному из входов логического элемента 2И, а выход другого порогового элемента подключен к неинвертирующему входу расширителя импульсов, выход которого подключен к второму входу логи-g ческого элемента 2И, присоединенного (Л выходом к входу исполнительного органа.