Устройство для защиты трехфазной нагрузки от обрыва фазных цепей и пробоя изоляции на корпус Советский патент 1986 года по МПК H02H3/14 H02H7/09 

дежности путем обеспечения устойчивого состояния ключа и непрерывного контроля изоляции. Устройство содержит магнитный пускатель 5, контакты которого включены в цепь питания электроустановки, а катушка присоеди иена к одной фазе сети до и после силовых контактов пускателя 5 и к ключу 1, а также к одному из входов порогового блока 4. Остальные входы порогового блока 4 присоединены к двум другим фазам сети и к вторичной обмотке трансформатора 8 тока нулевой последовательности. Выход пороге вого блока 4 и выход формирователя 3 сигнала управления через элемент ИЛИ

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам автоматической защиты электроустановок, и может быть использовано для защиты электродвигателей и других трехфазны} нагрузок при опасном снижении сопротивления изоляции по отношению к корпусу или при обрьше цепей связываюпщх нагрузку с устройством управления.

Цель изобретения - повьпдение надежности путем обеспечения устойчивого состояния ключа переменного тока и непрерьюного контроля изоляции,

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для защиты трехфазной нагрузки от обрьгоа фазных цепей и пробоя изоляции на корпус.

Устройство содержит ключ 1 переменного тока, который может быть выполнен на симисторе, оптроне, электромагнитном реле или, как в известном устройстве, на тиристоре, диодный элемент ИЛИ 2, формирователь 3 сигнала управления, пороговый блок 4, магнитный пускатель 5, первый диод 6, первьш резистор 7 и трансформатор 8 тока нулевой последова ель- ности, включенный первичными обмотками в цепь 9 тока трехфазной нагрузки, имеющей по отношению к заземленному корпусу эквивалентное сопротивление 10 изоляции. Выход ключа I пе59386

2 присоединены к управляющему входу ключа 1. Устойчивое положение ключа 1 достигается введением в пороговый блок 4 дух цепей из двух последовательно включенных диодов 21, 22 и 23, 24. Общий вход блока 4 присоединен к нулевой точке системы и нулевой шине источника питания. Непрерывный контроль изоляции обеспечивается введением трансформатора 8 тока нулевой последовательности, вторичная обмотка которого включена между нулевой шиной источника питания и четвертым входом порогового блока 4.1 з.п. , } ил.

ременного тока через катушку I1 магнитного пускателя 5 связан с входом формирователя 3 сигнала управления, анодом диода 6 и одной из фаз питающей сети, которая, в свою очередь, связана через последовательно соединенные диод 6 и резистор 7 и через силовой контакт 12 магнитного пуска- етля 5 с одним из вьшодов трехфазной

нагрузки. Два других вьшода нагрузки связаны с первым и вторым входами порогового блока 4 и через силовые контакты 13 и 14 магнитного пускателя - с двумя Другими фазами электрической сети. Третий вход порогового блока присоединен к выходу ключа, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 2, а входы элемента ИЛИ 2 попарно соединены с выходами формирователя сигнала управления и порогового блока, четвертый вход которого присоединен к одному из вьшодов вторичной обмотки трансформатора 8 тока нулевой последовательности. Другой

вьшод обмотки и общие входы ключа, формирователя сигнала управления и порогового блока присоединены к нулевой шине источника питания.

Формирователь 3 сигнала управления содержит первый конденсатор 15, подключенный параллельно цепи из двух последовательно соединенных в одном направлении второго 16 и третьего 17 диодов, при этом анод диода 16 подключей к выходу формирователя, а катод диода 17 - к его общему входу. Точка соединения диодов через второй резистор 18 и выключатель 19 подключена к входу формирователя сигнала управления. Пороговый блок содержит второй конденсатор 20, включенный между общим входом и выходом блока. If шесть диодов 21-26, объединенных в, три цепи, каждая из кото- рьпс состоит из двух диодов, соединенных последовательно в одном направлении. Первая цепь (четвертый 23 и пятый 24 диоды) шунтирует конденсатор 20 в направлении от общего входа к выходу порогового блока. Вторая (гаестое 21 и седьмой 22 диоды) и третья (восьмой 25 и девятый 26 диоды) цепи щунтируют конденсатор 20 в обратном направлении, а точка соединения диодов первой цепи соединена через третий 27 и четвертый 28 резне торы соответственно с первым и вторым входом порогового блока. Точка соединения диодов второй цепи через пятый резистор 29 соединена с третьим входом порогового блока, а точка соединения диодов третьей цепи ч&рез шестой резистор 30 - с четвертым входом порогового блока. При этом сопротивления резисторов 27(R ) и 28(R2g) ввиду симметрии первого и второго входов порогового блока равны между собой

R,7--«,8-R

(±)

(1)

0

5

0

5

Устройство работает следующим образом.

Выключатель 9 устанавливается в замкнутое состояние и с помощью рубильника (не показан) на клеммы А, В и С подается трехфазное напряжение злектрической сети. Под действием этого напряжения через выключа тель I9 и резистор 18 протекает пе- ременньй ток, отрицательная полуволна которого через диод 16 заряжает конденсатор 15 отрицательно по отношению к нулевой шине.

Отрицательное напряжение с обкладки конденсатора 15 поступает через диод 32 логического элемента ИЛИ 2 на вход ключа, который устроен таким образом, что при напряжении на его входе меньше нуля по отношению к общему входу сопротивление между его общим входом и выходом бесконечно велико, т.е. ключ закрыт.

В результате этого катушка 11 магнитного пускателя, подключенная к выходу ключа, обесточена, контакты 13,12 и 14 магнитного пускателя разомкнуты и нагрузка отключена

Одновременно с этим под действием напряжений на входах порогового блока через резистогял 27-30 и диоды 21, 23 и 25 на обкладку конденсатора 20, присоединенную к выходу блока, поступают токи 3, и 3,5 Р зультирующее значение которых

35

г 15

(3)

Сопротивление резистора 7(R-,} по ус- ловию срабатывания устройства при обрыве второй и третьей фазных цепей защищаемой нагрузки меньшее минимально допустимого сопротивления изоляции нагрузки (R ) сопротивление катушки магнитного пускаете- ля() и резистора 29( по условию срабатьгоания устройства при снижении сопротивления изоляции нагрузки по отношению к корпусу до минимально допустимого уровня находятся в соотношении

R,R

(2)

Элемент ИЛИ выполнен на диодах 31 и 32, присоединенных анодами к выходу элемента, а катоды диодов образуют первый и второй входы логического элемента. ч

Так как сопротивление катушки магнитного пускателя по изложенному уело- ВИЮ, как минимум, на два порядка меньше сопротивления резистора 29, к нему катушку магнитного пускателя при закрытом ключе приложено практически полное напряжение электрической сети, а поэтому ток

1

Т

и

R

м

R-b2R,

t

I ЭОО

Значение тока, проходящего через диод 6, резистор 7, первую, вторую и третью фазные цепи нагрузки, резисторы 27 и 28 и диод 23, определяется выражением

3,

23

1

Т

(.г

(5)

При обрыве цепи первой фазы или т.5еих цепей второй и третьей фаз

электрической нагрузки токи J, sg. а следовательно, и ток 3 равны нулю. Поскольку при отключенной нагрузке ток нулевой последовательности отсутствует, то ток J g также равен нулю.

Таким образом, результирующий ток Зр, поступающий на обкладку конденсатора 20, целиком определяется токо 3j и конденсатор 20 заряжается отрицательно по отношению к общей шине. Отрицательное напряжение с выхода порогового блока через диод 31 логического элемента ИЛИ поступает на вход ключа. Включить иа.грузку в сеть в этом случае невозможно, так как при размькании выключателя 19 исчезает отрицательное напряжение на выходе формирователя сигнала управления , но такое же отрицательное напряжение остается на выходе порогового блока, и ключ под действием этого напряжения остается закрытым.

При обрыве второй или третьей фазных цепей нагрузки токи 1 или 7в равны нулю. В обоих случаях ток

,

,

КЯ,

--:

МО

R

доп

так как знаменатель первой ДРоби больше знаменателя второй {poбн прн любых значениях сопротивлений Я , R,R R , но при условии, что

- 1О А«-

.

и

и

гг,

R+2R

R R,

+ --

,

R R

3

4

10

don

П)

Результирующий ток заряда конденсатора Зс , как и в первом случае, меньше нуля и Конденсатор 20 заряжен отрицательно. На входе клоча отрицательное напряжение, поэтому включение нагрузки невозможно.

При снижении сопротивления изоляции ниже допустимого и при отсутствии обрьгеа фазных цепей электрической нагрузки ток

V - Ra io don

вследствие того, что R,

В результате и в этом случае нагрузка не получает питание. Очевидно, что она не подключается к сети и тогда, когда наряду с пониженньм сопротивлением изоляции оборвана хотя бы одна из фазных цепей нагрузки.

1259386

При исправном состоянии изоляции и отсутствии обрыва фазных цепей нап рузки ток

(g)

10

15

20

25

30

35

40

45

Результирующий ток заряда конденсатора становится положительным, конденсатор по отношению к общей шине заряжается положительно и на вход ключа (вследствие того, что диод 31 логического .элемента ИЛИ), сигнал отключения с вых ода порогового блока не поступает.

В этом случае при размыкании выключателя 19 с выхода формирователя на вход ключа также не поступает сигнал отключения и ключ открывается . CoпpotИБлeниe между его общим входом и выходом уменьшается до нуля, вследствие чего катушка магнитного пускателя получает питание и контакты замыкаются.

Электрическая нагрузка получает питание и ток через резистор 29 и диод 21 уменьшается до нуля, так как напряжение на выходе ключа в открытом состоянии близко к нулю. Под действием переменного напряжения электрической сети увеличивается ток через диод 23 до величины Л

55 . Положительное напряжение на к

выходе порогового блока при этом еще более увеличивается, чем обеспечивается чёткое удерживание ключа во включенном состоянии.

Число витков вторичной обмотки трансформатора тока нулевой последовательности и сопротивление резистора 30 подобраны так образом, что при токе утечки на корпус меньше допустимой величины тока утечки, определяемой допустимьи значением сопротивления изоляции, через резистор 30 и диод 25 протекает ток

Л.

и

(91

При этом результирующий ток заряда конденсатора 20 положителен, н на вход ключа сигнал от трансформатора тока нулевой последовательности не .проходит.

При снижении сопротивления изоляf ции на работающем электродвигателе увеличивается ток утечки и ток 3. становится больше тока Jjj , и конденсатор 20 перезаряжается. С выхода порогового блока на вход поступает отрицательное напряжение, под действием которого ключ закрывается, катушка магнитного пускателя обесточивается, и магнитный пускатель,5 разомкнув контакты обесточивает нагрузку.,.

Формула изобретения

1. Устройство для защиты трехфазной нагрузки от обрьгеа фазных цепей и пробоя изоляции на .корпус, содержащее ключ переменного тока, выход которого через катушку магнитного пускателя соединен с входом формирователя сигнала управления и одной из фаз питающей сети, связанной через замыкающий контакт магнитного пускателя и последовательно соединенные первый диод и первый резистор с одним из выводо.в трехфазной нагрузки, второй и третий вьшоды которой соединены соответственно с первым и вто- рьи входом порогового блока, а через второй и третий замыкающие контакты магнитного пускателя - с второй и третьей фазами питающей сети, логический элемент ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом ключа, первый и второй входы попарно соединены соответственно с выходом формирователя сигнала управления и выходом порогового блока, общие входы которых и общий вход ключа присоединены к нулевой шине источника тока, причем формирователь сигнала управления содержит зашунтированную первым конденсатором цепь из двух поседовательно соединенных в одном направлении второго и третьего диодов, присоединенную анодом второго диода к выходу, катодом третьего диода - общему входу, точкой соединения вух диодов через последовательно соединенные второй резистор и выклюатель - к входу формирователя сигнала управления, а пороговый блок одержит включенный между общим вхоом и выходом второй конденсатор и

Редактор И. Дербак

Составитель Л. Бондаренко Техред М.Ходанич

Заказ 5132/53

ВНИИПИ Государственного ко(итета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

.Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5

0

5

0

5

третий, четвертый и пятый резисторы, первые вьшоды которых образуют .соответственно первый, второй и третий входы порогового блока, а вторые выводы третьего и четвертого резисторов объединены, отличающее- с я тем, что, с целью повышения надежности защиты путем повьщгения устойчивого состояния ключа переменного тока, в пороговый блок введены две цепи, каждая из которых состоит из двух последовательно соединенных в одном направлении четвертого и пятого,, шестого и седьмого диодов, при этом катод, четвертого диода и анод шестого диодов подключены к выходу порогового блока, анод ггдтого диода и катод седьмого диода присоединены к общему входу порогового блока, точка соединения четвертого и пятого диодов подключена к вторым выводам третьего и четвертого резисторов, точка соединения шестого и Седьмого диодов подключена к второму вьгооду пятого резистора, а третий вход по

рогового блока соединен с выходом ключа.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем непрерьшного контроля изоляции, в иего дополнительно введены трансформатор тока нулевой последовательности, первичные обмотки которого вкгаочены в цепь тока трехфазной нагрузки, а вторичная обмотка включена между нулевой шиной источника питания и дополнительно введенш четвертым входом порогового блока, дополнительно снабженного шестым резистором, вось- мьм и девятю диодами, при этом первый вьтод шестого резистора образует четвертый вход порогового блока, вто- рой вьшод шестого резистора подключен к общей точке согласно включенных восьмого и девятого диодов, причем анод восьмого диода подключен к выходу порогового блока, а катод девятого диода - к общему входу порогового блока.

Корректор В. Бутяга

Тираж 612

Подписное

Изобретение относится к области электротехники - релейной защите электроустановки, может быть использовано для защиты трехфазных электроустановок при опасном снижении сопро- тнвлення изоляции по отношению к корпусу или при обрыве цепей, связывающих нагрузку с устройством управления. Цель изобретения - повышение на3 (/