Устройство для защиты человека от поражения электрическим током в сети с глухозаземленной нейтралью Советский патент 1985 года по МПК H02H5/12 H02H3/16 

Изобретение относится к технике электробезопасности в трехфазных се тях переменного тока с изменяющимся режимом работы нейтрали системы и может быть использовано в электрических установках любой отрасли народного хозяйства. Целью изобретения является повышение электроснабжения потребителей за счет повьшения точности определения f JiaJCTa прикосновения чедовека. На фиг., ,,1,., лд ставлена схема пред лагаемо Ъ устройства; на фиг. 2 -4 диаграммы напряжений, поясняющие рат боту устройства; на фиг, 5 - вариант схемы устройства с тиристорным коммутатором. Устройство содержит блок 1 коммутации, содержащий обмотку реле с размыкающим и тремя замыкающими контактами и источник питания; цепь 2 заземления нулевой точки источника 3 питания; трансформатор 4 тока нулевой последовательности, блок 5 выделения полезного сигнала, триггер 6, электронный ключ 7, блок 8 задержки, блок 9 однофазяого защитного замыкания. При этом блок выделения полезного сигнала состоит из двух компараторов 10 и 11, настроенных на различные уровни, элемента 12 задерж ки, логических элементов НЕ 13 и 14 Устройство работоспособно в пятипроводных сетях с глухозаземленной нейтралью, где два нулевых провода:первый - рабочий, к которому присоединяются однофазные потребители, он должен иметь изоляцию от корпуса и от земли; второй - защитный, к которому присоединяются корпуса электроприамников и должен иметь повторные заземлит ели. В нормальном режиме работы сети блок 1 коммутации поддерживает цепь 2 заземления нейтрали источника 3 в исходном (замкнутом) состоянии, при этом через вторичную обмотку трансформатора тока нулевой последовательности (ТТНП) 4 ток не протекает и блок 5 вьщеления полезного сиг нала, триггер 6, электронный ключ 7 блок 8 задержки, блок 9 однофазного защитного замыкания находятся в исходном (ждущем ) состоянии. В зависимости от снижения сопротивления изоляции сети (включая прикосновение человека) токи утечки проходят по цепи заземления нейтрали источника, крутизна нарастания этого тока зависит от снижения сопротивления изоляции на одной, из фаз (фиг.2). Перевод сети из режима работы с глухозаземленной нейтралью в режим сети с изолированной нейтралью необходимо только в случае прикосновения человека к токоведущей части (общепринятые значения сопротивления тела человека в зависимости от условий работы составляют 300-1000 Ом). Если человек, прикасаясь к сети с заземленной нейтралью, оказывается под фазным напряжением, так как ток протекает через человека, землю, цепь 2 заземления нейтрали источника 3, то, переводя сеть в изолированную, напряжение прикосновения становится меньше, чем фазное, и определяется состоянием сопротивления изоляции сети. В случае понижения сопротивления изоляции, включая однофазное короткое замыкание (о.к.з), сеть из режима глухозаземленной нейтрали не должна переводиться в другой режим работы, так как, учитывая высокое быстродействие предлагаемого устройства, штатная защита отдельных потребителей электроэнергии (плавкие вставки, автоматы и др.), обладающие более низким быстродействием, не успевают срабатывать, тем самым затрудняется поиск поврежденного потребителя (снижение сопротивления изоляции, включая О.К.З.). Поэтому в этом случае цег-есообразно поврежденный электроприемник отключать штатной защитой от токов, возникающих при значительном понижении сопротивления изоляции, включая О.К.З., оставив сеть в режиме с глухозаземленной нейтралью. Факт прикосновения человека к токо1зедущей части определяется блоком 5 выделения полезного сигнала, работа которого основана на определении наличия превышения снимаемого с вторичной обмотки ТТНП ,4 напряжения нижнего порогового уровня 1 (фиг.2), (ПУ1 для R ) и на анализе крутизны нарастания этого напряжения, характеризуемого временем пересечения и/или двух поро3говых уровней ПУ1 и ПУ2 (для R в п -ко ) При понижении сопротивле ния изоляции ниже R в t.t. схем блока 5 работает .следующим .образрм Напряжение с вторичной обмотки ТТНП (UTTHH ) поступает на компараторы 1 и 11, настроенные на равные уровни срабатывания (ПУ1 и ПУ2). При превы шении этим напряжением пороговых уровней на выходах компараторов фор мируются сигналы Логическая 1 ( фиг.З). Сигнал 1 с выхода ком паратора 10 поступает на элемент 12 задержки, на выходе которой через время, равное tscp ,также формируется сигнал 1 , поступающий на логический элемент И 14. Сигнал с компаратора 11 поступает на инвертирующий логический элемент НЕ 13, выход которого подключен на вход логического элемента И 14, Сигналом, показывающим наличие прикосновения человека к токоведущей части, является 1 любой длительности, формируемая на выходе элемента И 14. Рассмотрим работу блока выделения полезного сигнала 5 в различных случаях понижения изоляции. При понижении сопротивления йзопяции и в случае U-j . ПУ1, ПУ2 сигналы на выходах компараторов 10 и 11 остаются в состоянии О, элемент задержки не запускается и сигнал на ее выходе равен О. С элемента НЕ 13 поступает 1 и, таким образом, на входы элемента И 14 пос тупают сигналы О и 1, в результате чего на его выходе формируется сигнал О. При прикосновении человека к токо ведущей части и в случае ПУ2 -т. Тип ПУ1 на выходе компаратора 10 1)ормируется сигнал 1, запускается элемент 12 задержки и через вреля с него на вход элемента Л 14 поступает 1. Состояние комlapaTOpa 11 не меняется и на элемент 14 также постпает 1. В результате на выходе элемента И 14 формируется сигнал 1, показывающий на1ичие прикосновения человека к токо 3едущей части. При прикосновении человека к гоковедущей части и в случае U- 1У1, ПУ2 на выходе компаратора 10 {)ормируется и через время .о на вход элемента И 14 поступа7ет 1. Через время t после формирования сигнала на компараторе 10 и на выходе компаратора 11 также формируется сигнал 1, при этом выход элемента НЕ 13 переходит в состояние О, заблокировав элемент И 14, но, так как в описываемом случае t t , то на выходе элемента И 14 формируется сигнал 1 длительностью t - , показывающий наличие прикосновения человека в токоведущей части. При понижении сопротивления .изоляции (включая о.к.з.) и в случае ,f, ПУ1, ПУ2 сигнал на выходе компаратора 11 сформируется через время t t р , после сформирования сигнала компаратором 10, вследствие чего блокирующий сигнал на элемент И 14 с элемента НЕ 13 поступит раньше, чем сформируется сигнал 1 на выходе элемента задержки, в результате чего сигнал на выходе элемента И 14 не изменит своего состояния (останется в состоянии О). Рассмотрим теперь работу всего предлагаемого устройства в целом. I При прикосновении человека, например, к фазе а через цепь 2 заземления нейтрали источника 3 начинает протекать ток . Во вторичной обмотке ТТНП 4 выводится ЭДС, которая поступает на вход.блока 5 выделения полезного сигнала 5-3-3. На выходе блока 5 выделения полезного сигнала вьфабатываются прямоугольные единичные импульсы, поступающие на вход R триггера 6, при этом триггер 6 переходит в состояние 1. Сигнал с триггера 6 подается на электронньй ключ 7, который под-ключает обмотку реле, находящейся в. блоке 1 коммутации (источник питания служит для обмотки реле), при этом размыкающий контакт реле размыкается, тем саь1ым переводят сеть из режима заземленной нейтрали в режим изолированной нейтрали источника.Замыкающие контакты реле замыкаются, подключая блок 9 однофазного защитного замыкания. При подключении блока 9 к сети устройство срабатывает и замыкает поврежденную фазу на землю, тем самым обеспечивается безопасность человека при прикосновении к фазному проводу (токоведущей части). Сигнал с выхода триггера 6 также поступает на вход блока 8 задержки, на выходе которого через заданное время задержки (t ) вырабатывается единичный импульс, пост пающий на S - вход триггера 6 (врем задержки вырабатывается из расчета времени, необходимого для самостоятельного осовобождения человека от токоведущей части). Сигнал, поступающий с блока 8 задержки на S -вход триггера 6, возвращает его в исходно нулевое состояние, вследствие чего электронный ключ 7 размыкается, обмотка реле обесточивается иего контак ты приходят в исходное состояние. На этом цикл работы устройства закончен. Если человек не успел самостоятельно освободиться от токоведущей части, то.устройство будет повторять цикл работы до его самосто ятельного освобождения. Так как быст родействие блока 9 однофазного защит ного замыкания достаточно высокое, время между циклами является безопасным для человека. Блок 9 снабжен звуковой и световой сигнализацией. При осовождении человека от токоведущей части устройство находится в ждущем режиме. Работа устройства поясняется временной диаграммой (фиг.4). Работа предлагаемого устройства в режиме аварийного понижения сопротивления изоляции, включая о.к.з. была рассмотрена при описании работы блока 5. В .этом случае электрическая сеть остается в режиме глухозаземленнной нейтрали. Особенностью работы датчика 4 в этих режимах является возможность его перемагничивания токами O.K.з. после которого он будет неспособен чувствовать сигналы о прикосновении человека. Для -исключения этого явления (перемагничивания токами о.к.з.) магнитопровод ТТНП 4 выполнен с немагнитной прокладкой (воздушным зазором). В устройстве (фиг.1) блок 1 коммутации выполнен на базе реле, его размыкающих контактов и источника питания, что не является единственным схемным решением этого блока. В частности, блок 1 коммутации может быть выполнен на базе тиристоров. На фиг.5 представлен вариант устройства, выполненный на базе симметричных тиристоров с оптронным-входом, согласуемьй по уровню с логическими элементами. Схема работает аналогично описанной за исключением работы блока коммутации, принцип работы которого состоит в следующем. В исходном состоянии нулевой уровень триггера 6 поступает на входы симисторов с оптронным входом, включенных между фазами сети и блоком однофазного защитного замыкания, а также на вход логического элемента НЕ, включенного в управляющую цепь симистора, установленного в цепи заземления нейтрали источника. Вследствие этого сеть работает в режиме с глухозаземленной нейтралью, и блок 9 не подключен к сети. При переходе выхода триггера в состояние 1, наблюдающееся в случае прикосновения человека к токоведущей части, симисторы, подключенные к фазам сети, открываются, а симистор в цепи заземления нейтрали закрывается.

и

t-/

aefl - i/(p

Фиг. 2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕКА ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТОКОМ В СЕТИ С ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, содержащее трансформатор тока нулевой последовательности, включенньш между нулевой точкой трехфазного источника и землей, исполнительный орган с тремя замыкающими конфактами, триггер, первый блок задержки, элемент И, элемент НЕ,о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности электроснабжения потребителей за счет повьшения точности определения факта прикосновения человека, в него введены второй блок задержки, два компаратора, блок однофазного защитного замыкания, причем вторичная обмотка трансформатора тока нулевой последовательности подключена к двум входам двух компараторов, выход первого компаратора соединен с входом второго блока задержки, выход которого подключен к первому входу элемента И, а выход второго компаратора через элемент НЕ соединен с вторым входом элемента И, выход которого подключен к R входу триггера, выход триггера подключен к входу электронного ключа, в выходную цепь которого включен (Л исполнительный орган, причем вновь введенный размыкающий контакт исполнительного органа включен между нулевой точкой источника питания и землей, а три замыкающих контакта этого исполнительного органа включены между соответствующими фазами сети и блоком однофазного защитного замыкания, соединенного с землей, приас чем выход триггера соединен с вхо-. дом первого блока задержки, выход которого соединен с S -входом триг-а гера.

////////////// /// //

////////

/W 0

А

HflV

Цомtfutr/i

floffamtfflofofjT t

ffoff ymo fl w jPCM ,(j,,,