Устройство для измерения напряжения нулевой последовательности Советский патент 1985 года по МПК G01R19/00 

ИзобреГение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при реализации измерительных органов релейной защиты от однофазных замыканий на землю в высоковольтных сетях горнодобывающих предприятий.

Цель изобретения - повышение уровня электробезопасности обслуживания устройства за счет обеспечения возможности увеличения сопротивлений резистивного датчика напряжения нулевой последовательности и ограничения возможных перенапряжений на выходе последнего,iа также повышение точности измерения путем обеспечения независимости выходной величины от разброса коэффициентов усиления транзисторов, температуры окружаищвй среды и колебаний напряжения питания.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства для измерения напряжения нулевой последовательности.

Устройство содержит датчик измеряемого напряжения, выполненный в виде звезды на резисторах 1-3, подключенный к фазам сети, усилитель, вьшолненный на транзисторах 4-7, резисторах 8-11, трансформатор 12 и источнике 13 питания, ограничитель напряжения, выполненный на стабилитронах 14 и 15, диодный коммутатор, выполненный на диодах 16 и 17 и вспомогательный резистор 18.

Усилитель реализован двухтактным с включенными по схеме с общим эмит тером выходными транзисторами 4 и 5 причем база транзистора 4 через -вспомогательньй резистор 18 соединена с общим выводом звезды, а база транзистора 5 подключена к шине нулевого потенциала. Дополнительные транзисторные каскады, построенные с использованием транзистора 6 и резистора 10, транзистора 7 и резистора 11, обеспечивают отрицательную обратную связь по току. Выход усилителя (вторичная обмотка трансформатора 12) соединен с входом регистрирукицего прибора (не показан). Стабилитроны 14 и 15 огра ничителя напряжения включены встречно-последовательно между об.щим выводом звезды и шиной нулевого потенциала, .фоды 16 и 17 диодного коммутатора включены встречнопараллельно с входами выходных каскадов усилителя на транзисторах 4 и 5.

Устройство работает следующим образом,

При отсутствии однофазного замыкания фазы на землю напряжения между фазами сети и шиной нулевого потенциала (землей) равны между собой и смещены на 120, Если при это равны между собой и сопротивления резисторов 1-3, то меяду общим выводом звезды и шиной нулевого потенциала напряжение также равно нулю. Вследствие этого напряжение к входу усилителя не прикладывается и выходное напряжение на вторичной обмотке трансформатора 12 отсутствует.

При замыкании фазы сети на землю напряжение одних фаз относительно шины нулевого потенциала увеличивается , а других снижается. Б связи с этим между общим выводом звезды и шиной нулевого потенциала появляется переменное напряжение. Замыкаясь по цепи резистор 18 диод 16 или 17 - эмиттер-базовый переход транзистора 5 или 4 - шина нулевого потенциала, это напряжение периодически открьтает то один то другой транзистор, в результате чего во вторичной обмотке трансформатора 12 наводится переменное напряжение, пропорциональное напряжению смещения нейтрали.

При перенапряжениях, возможных во время переходных процессов в сети при повреждениях резисторов 1-3 звезды и т.п. падение напряжения на резисторе 18 оказьшается достаточным для пробоя ста{й1литронов 14 и 15. При этом напряжение, поступающее к входам выходных каскадов на транзисторах 4 и 5, не превышает величину, имеющую место в нормальном рабочем режиме. Изоляция устройства остается неповрежденной, что и обеспечивает безопасность обслз живающего это устройство персонала.

С другой сторбны, при отсоединении транзисторов 4-7 и диодов 16 и 17, конструктивно заключенных в съемный блок от звезды резисторов 1-3 и стабилитронов 14 и 15, установленных стационарно в силовой

3 .

высоковольтной части комплексного распредустройства (в отсоединении возникает необходимость при осмотре, ремонте, либо замене элементов), обрыв в цепи резистора 18 вызывает увеличение напряжения между общим выводом звезды и шиной нулевого потенциала. Это также сопровождается пробоем стабилитронов 14 и 15, в результате чего величина напряжения снижается до уровня, при котором ток через человека, случайно прикоснувшегося к оборванным цепям, не превышает длительно безопасную величину (в несколько миллиампер).

Наличие диодного коммутатора позволяет при прочих равных условиях - одинаковых коэффициентах усиления - получить наибольшим сопротивление звезды из резисторов 1-3 за счет того, что входной ток, замыкающийся через транзисторы 4 и 5 усилителя в нормальном рабочем режиме, не снижается. Более высокое сопротивление резисторов 1-3 подобно высокому сопротивлению изоляции сети, параллельно которому включена звезда, с точки зрения электробезопасности при прикосновении человека к фазе сети является более благоприятным. Вместе с тем увеличение сопротивлений резисторов 1-3 снижает и их нагрев.

Вьшолнение усилителя с трансформаторным выходом дает возможность при очень малом и потому безопасном напряжении питания получить тре буемую выходную величину. Для того

902704

чтобы при пробое одного из резисторов 1-3 и одновременном обрыве устройства от земли высокий потенциал не попал во вторичную обмотку 5 трансформатора 12 и не привел к поражению обслуживающего персонала электрическим током, первичные обмотки трансформатора 12 от вторич.ной отделены посредством заземлен10 кого экрана.

Выходной ток транзистора 4 или 5, замыкаясь через резисгор 8 или 9, включенный последовательно с эмиттером, создает падение напряжения, которое, прикладываяськ цепи, составленной из эмиттер-базового перехода дополнительно введенного транзистора 6 или 7 и резистора 10 или 11, приводит к открыванию транзистора 6 или 7. В результате через эмиттер-базовый переход транзистора 4 или 5 замыкается не весь входной ток. Часть его ответвляется, через база-коллекторный

25 переход транзистора 6 или 7, который при таком включении шунтирует вход транзистора 4 или 5.

В связи с этим удается получить выходное напряжение, практически

30 не зависящее от изменения коэффициентов усиления транзисторов 4 и 5. Токи, замыкающиеся по первичным обмоткам трансформатора 12, оказываются строго пропорциональными напряжению смещения нейтрали независимо от разброса коэффициентов усиления транзисторов 4 и 5, температуры окружающей среды и колебаний напряжения питания.

И / I 2 J

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ, содержащее датчик измеряемого напряжения, выполненный в виде резистивной звезды, подключенной к фазам сети, усилитель, выход которого соединен с входом регистрирующего прибора, ограничитель напряжения, диодньй коммутатор, вспомогательный резистор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения уровня электробезопасности обслуживания и точности измерения, усилитель выполнен двухтактным с включенными по схеме с общим эмиттером выходными транзисторами, база одного из которых через вспомогательный резистор соединена с общим выводом звезды, а база другого подключена к шине нулевого потенциала, и снабжен дополнительными транзис- . торными каскадами отрицательной i обратной связи по току, ограничитель напряжения вьшолнен в виде двух (Л стабилитронов, включенных встречнопоследовательно мелоду общим выводом звезды и щиной нулевого потенциала, а диодный коммутатор в виде двух диодов, включенных встречно-паралделыю с входами соответствующих выходных транзисторных каскадов усилителя.