Устройство для защитного отключения в трехфазной сети с изолированной нейтралью Советский патент 1984 года по МПК H02H3/16 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты чело века от поражения электрическим током при попадании под напряжение в трехфазных элек трических сетях с изолированной нейтралью, также для отключения режимов, вызванных замыканием проводов сети на землю, пробоем изоляции на корпуса заземленных электроустановок. Известны устройства защитного отключения трехфазных сетей с изолированной нейтралью, реагирующие на изменение напряжения фаз относительно земли ll. Известны устройства, принцип работы котр рых основан на появлении принужденной сое тавляющей напряжения нулевой последователь ности, например асимметр РА-74/2 завода Энергопртбор, содержащий фильтр напряжения нулевой последовательности, включенное между искусственной нулевой точкой и землей электромагнитное реле, при срабатьгоании которого подается напряжение на обмотку более мощного реле, производящего отключение сети 2. Однако применение известных устройств не возможно в сетях с несимметрией фазных напряжений. В этом случае постоянно изменя ются напряжения фазных проводов относител но земли, напряжение нулевой последовательности достигает значительной величины ив неавфийных режимах. Более того, возможны режимы когда при прикосновении человека к фазе с наибольщим сопротивлением несимметрия в сети снижается. Наиболее близким по технической сути к предлагаемому является устройство для определения дефекта изоляции между проводниками питания электрической машины, работа которого также основана на появлении принужденной составляющей напряжения нулевой последовательности, содержащее включенньш между нулевой точкой сети и землей резистивный датчик, а также выпрямитель, транзисторный ключ и реагирующий узел 3. Выпрямленный сигнал с выхода датчика поступает на базу транзистора, в выходной цепи которого включены реле мощности и . загорающийся в аварийном режиме световой индикатор. Ненадежность работы в сетях, характеризующихся несимметрией питающих напряжений. Цель изобретения - повышение надежности работы устройств защитного отключения в сетях с несимметрией фазных напряжений. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве защиты, содержащем включенный между нулевой точкой сети и землей датчик, выход которого через выпрямитель соединен с входом транзисторного ключа, к - выходной цепи которого подключен реагирующий орган, датчик выполнен в виде индуктивного элемента с параллельно включенной дифференцирующей цепочкой из конденса.тора и являющегося выходом датчика резистора, а реагирующий узел состоит из одновибратора, подключенного своим выходом к первому входу логического элемента 2И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с входом : транзисторного усилителя, в выходной цепи которого включена первичная обмотка развязывающего трансформатора, две выходные обмотки которого соединены через выпрямители с управляющими : входами соответствую щих симисторов, включенньвс между, фазными проводами сети.. В предлагаемом устройстве информационным сигналом, свидетельствующим об аварийной ситуации, служит не напряжение смещения нейтрали, а скорость изменения тока через фильтр напряжения нулевой последовательности. Данный ток фунционально связан с током через тело попавщего под напряжение человека (составляет часть от него). Основным элементом датчика скорости изменения указанного тока является включенный между искусственной нулевой точкой и землей индуктивный элемент. При попадании человека под фазное напряжение, замыкании проводов на землю на индуктивности появляется скачок напряжения, рассчитываемый по форлсуле где i - ток, протекающий через индуктивность. Анализ электромагнитных процессов в таких сетях показывает, что переходной ток i может быть рассчитан по формуле . VfflM fw ; i-:5,{vy coHvWfUR,+.Rz)R9 IV „„ли LVRl Г л 1 И4эМ .(.,( Xsin(weeb Су„ tfVexp при Kwttt,)) . ,7«t3Z432 Si 314 с etZ, -СО се L, Вл- индуктивность и активное сопротивление питающего трансформатора и трехфазной нагрузки; ZfjZf - полное сопротивление изо ляции нулевого провода и проводов электрической сети; tj. - начальная фаза напряжения, к которому прикасается человек; VrtLu - максимальное значение т ... фазового напряжения; р оь сопротивление человека, сопротивления растекания с ног и обуви; t - время; COjjg - круглая частота свобод ных колебаний; Cf - аргумент сопротивления Zg при СО 314 с - расчетная емкость сети Попадание человека под фазное напряжение приводит к возникновению скачка нш1ряжения на индуктивном элементе, значительно превыша ющего напряжение на нем в нормальном режи ме работы, вызванное несимметрией фазных напряжений. При включении однофазной нагрузки, например осветительной (лампы накаливания), скачка напряжения на индуктивном элементе практически не бьгоает. Прт включении трехфазной нагрузки, носящ активно-индуктивный характер (обмотки двига теля), одновременное замыкание контактов ко мутационного устройства приводит к возникно вению переходного процесса в сети. Одаако, так как сопротивления и индуктивности фаз обмоток трехфазной нагрузки обычно равны между собой, ток свободной составляющей через индуктивность не изменяется, скачка напря жения на ней нет. Ц)И неодновременном включении фаз трехфазной нагрузки из-за наличия в цепи включе

юп индуктивности электродвигателя уровень напряжения на индуктивности датчика существенно ниже, чем при прикосновении человека. Трехфазная нагрузка обладает емкостью относительно земли. В момент включения емкость не заряжена. Напряжение на ней, согласно второму закону коммутации, скачком измениться не может. Следовательно, в момент включения (t 0) напряжение источника питания распределяется между индуктивноетями датчика, питающего трансформатора и электродвигателя (Lj, L. и Ц соответственно).

напряжения на первичной обмотке импульсного трансформатора Напряжение вторичной обмотки трансформатора дифференцируется RС-цепочкой (это позволяет более четко выделить резкое приращетие напряжения) и после вы-, прямления поступает на вход транзисторного ключа. При достижении этим сигналом величины уставки срабатывания устройства транзистор. открывается. Появивщийся на выходе транзисторного ключа нулевой потенциал переводит триггер одновибратора 2 в состояние логической единицы. Еди1шчнын сигнал с вьгхода Q триггера попадает на один из входов элемента Таким образом при прикосновении человека к фазному напряжению ( в момент t 0) напряжение на индуктивности Lf может быть рассчитано до приближенной формуле V -sinV. ё при включении же активно-индуктивной нагрузкии. f ( V 5 ИL 4Lv+L,g Наличие во втором случае в знаменателе дроби Lgrf позволяет отстроиться от пусковых режимов активно-индуктивной трехфазной нагрузки, так как Ui. м 1) . На чертеже приведена злек-фическая схема устройства. В состав устройства входят датчик скорости изменения тока, соединенный через даодный мост 1 с транзисторным ключом, в выходную цепь которого включен реагирующий .узел. В качестве индуктивности датчика использу ся первичная обмотка импульсного трансформатора, включенная между искусственной нулевой точкой, полученной с помощью фильтра напряжения нулевой последовательности, и землей. К вторичной обмотке импульсного трансФоР оР подсоединена дифференцирующая цепочка, выходной резистор которой является входом транзисторного ключа. В состав реаги-у рующего узла входит одновибратор 2, включаюидай в себя RS-триггер и схему его сброса, вы одновибратора соединен с входом логического элемента 2И-НЕ 3, второй вход которого подключен к выходу генератора 4 тактовых импульсов, а выход - к входу транзисторного усилителя 5, выход которого в свою очередь соединен через развязывающий трансформатор и диоднь1е мосты 6 и 7 с управляющими электродами симисторов, включенных между фазными проводами сети. Устройство работает следующим образом. Возникающее в аварийном режиме резкое изменение тока через фильтр вызывает скачок 2И-НЕ 3. Цри этом через элемент гфоходит последовательйб(ь форкйфуемых генератором 4 импульсоЬ. ЕдиййшЬга сигнал с выхода поступает и на вход схемы сброса, наэначенне которой - установка триггера в первоначальное состояние логического нуля. Это происходит после того, как через элемент 3 проходнт папка импульсов от генератора 4. Время на хождения триггера в единичном состоянии . должно быть больше времени нахождения на входе S трнггфа нулевого сигнала, а следоваг тельно, больше длительности возникающего на . индуктивности датчика скачка напряжения. Проходящие через элемент 3 шлпульсы попадают .на вход транзисторного усилителя 5. Ведомый этими импульсами усилитель работает в ключевом режиме, осуществляя ряд переходов из открытого состояния в закрьпое и наоборот. В результате этого на включенной в натрузочную цепь выходного транзистора первичной обмотке развязывающего трансформатора и на его выходных обмотках появляются i скачкн напряжения. После выпрямления диодными мостами 6 я 7 эти сигналы попадают на управляющие электроды симисторов, включенных между фазнымн проводами сета. Cи racтopы переходят в открытое состояние, в сети возннкает режим искусственного короткого замыкания между фазами, приводящий к срабатьшаиню автоматического вь1ключателя. Пачки управляющих импульсов используются для обеспечения большей надежности срабатывания симисторов. Уровень уставки срабатьгаания устройства регулируется базовым сопротивленнем транзисторного ключа так, чтобы обеспечивать его нахождение в неаварнйном режиме в закрытом состоянии.., Использование в составе устройства вместо световой индакащш о неисправности вышеописанного реагирующего узла также позволяет повысить безопасность обслуживающего персо нала. Применение устройства позволит существенно повысить электробезопасиость обслуживания трехфазных сетей с изолированной нейтралью, i хгфактернзукшщхся неснмметрней фазных напряженнй.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее включе1шый между нулевой точкой сети и землей датчик, выход которого через выпрямитель соединен с входом транзисторного ключа, к выходной цепи которого подключен реагирующий узел, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности работы в сетях с несимметрией фазных напряжений, датчик выполнен в виде индуктивного элемента с параллельно включенной дифференцирующей цепочкой из конденсатора и являющегося выходом датчика резистора, а реагирующий узел состоит из одновибратора, подключенного своим выходом к первому входу логического элемента 2И-НЕ, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с входом транзисторного усилителя, в выходной цепи которого включена первичная обмотка развязывающего t трансформа гора, две выходные обмотки которо го соединены через выпрямители с зттравляю- Л щими входами соответствующих симисторов, включенных между фазными проводами сети.