Устройство для защитного отключения в трехфазной сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 в. Советский патент 1986 года по МПК H02H5/12 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты от поражения электрическим током при попадании человека под напряжение в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В, а также для отключения режимов, вызванных замыканием проводов сети на землю, пробоем изоляции на корпуса заземленных элект роустановок. Цель изобретения - повышение надежности электроснабжения потребителей путем исключения необоснованных с точки зрения электробезопасности отключений питающего напряжения. На фиг. 1 приведена электрическая схема устройства; на фиг. 2 - времен ные диаграммы, поясняющие работу уст ройства (а - режим с освобождением человека от контакта с токоведущими частями за безопасное время, б - режим срабатывания отключающего устрой ства) . Устройство содержит датчик скорое ти изменения тока, соединенный через диодный мост 1 с транзисторным ключом 2, к выходной цепи которого подключены работающий в счетном режиме RS-триггер 3 и задатчик 5 времени, соединенный через дифференцирующую цепочку и диод с одним из входов логического элемента 2И-НЕ 5, второй вход которого соединен с выходом триггера 3. К выходу логического эле мента 2И-НЕ подключен реагирующий узел В качестве индуктивного элемен та датчика используется первичная обмотка импульсного трансформатора, включенная между искусственной нулевой точкой, полученной с помощью фильтра напряжения нулевой последова тельности, и земпей. К вторичной об мотке импульсного трансформатора под соединена дифференцирукхцая цепочка, выходной резистор которой является входом транзисторного ключа. В состав реагирующего узла входит одновибратор 6, включающий RS-триггер и схему его сброса, выход одновибратора соединен с входом логического элемента 2И-НЕ 7, второй вход Которого подключен к выходу генерато ра 8 тактовых импульсов, а выход - к входу транзисторного усилителя 9, вы ход которого, в свою очередь, соединен через развязывающий трансформато и диодные мосты 10 и 11 с управляющими электродами симистров, включенных между фазными проводами сети. Попадание человека под фазное напряжение (при попадании под линейное напряжение касание фазных проводников происходит неодновременно) приводит к возникновению значительного по реличине броска напряжения на индуктивном элементе, значительно превышающего напряжение в нормальном режиме работы, вызванное несимметрией фаз. При включении однофазной нагрузки, например осветительной (лампы накаливания), скачка напряжения на индуктивности практически не бывает. Достаточно легко можно отстроиться и от режимов, связанных с включением трехфазной нагрузки, носящей активноиндуктивный характер (обмотки двигателя) . Подобные устройства целесообразно применять, например, при питании нетяговых потребителей железных дорог от системы два провода-рельсы (ДПР). отклонения напряжения в которой могут достигать 15 - 20%. При нарушении контакта человека с токоведущими частями, последовавшем, например, в результате рефлексивного отдергивания руки от провода с нарушенной изоляцией, на индуктивном элементе датчика появляется бросок напряжения, аналогичный по величине броску при прикосновении человека к фазе. Если время междУ этими бросками меньше допустимого, необходимости в срабатывании защитного отключения нет. Устройство работает следующим образом. Возникающее в аварийном режиме резкое изменение тока через фильтр вызывает скачок напряжения на первичной обмотке импульсного трансформатора. Напряжение вторичной обмотки трансформатора дифференцируется RCцепочкой (это позволяет более четко выделить резкое приращение напряжения) и после вьшрямпения поступает на вход транзисторного ключа, переводя его в открытое состояние. Появившийся на выходе транзисторного ключа нулевой потенциал переводит предварительно установленный в нуль триггер 3 в состояние логической единицы, а также вызывает появление нулевого импульса на выходе задатчика 4 време|НИ. Длительность этого импульса определяется соотношением параметров R и С времязадающей цепочки, входящей в состав одновибратора 6. Эта длительность регулируется в зависимости от величины напряжения сети изменени ем величины активного сопротивления R, Дпительность нулевого импульса задает допустимое время нахождени человека под напряжением.

На подключенной к выходу одновибратора 6 RC-цепочке вырабатываются сигналы соответствующей формы при изменении состояния выхода задатчика времени из О в 1 и наоборот, однако включение после нее диода приво дит к тому, что на вход схемы 2И-НЕ 5 проходит только сигнал положительной полярности, возникающей на выходе диффергенцирующей цепочки от фронта выходного импульса одновибратод)а 6. На выходе логического элемента 2И-НЕ 5 нулевой сигнал появляется в случае совпадения двух явлений: попадании человека под напряжение, (а также обрьт провода, к.з. фазы на заземленный корпус) от этого триггер 3 перебросится из О в 1 и срабатывает одновибратор 6, начав вырабатывать нулевой импульс; окончании этого нулевого импульса (переход задатчика 4 времени в единичное состояние) при условии, что триггер 3 остался в единичном состоянии. В случае освобождения человека от контакта с токоведущими частями за допустимое время на индуктивности датчика появляется повторный бросок напряжения, переводящий счетный триггер 3 в исходное состояние логического нуля, в результате чего появление единичного уровня напряжения на связанном с выходом задатчика времени входе элемента 2И-НЕ не вызывает появление нулевого сигнала на его выходе. В случае появления на выходе элемента 5 нулевого потенциала триггер одновибратора 6 переходит в состояние логической единицы. Единичный сигнал с выхода Q триггера попадает на один из входов элемента 2И-НЕ 7. При этом через элемент проходит последовательность формируемых генератором 8 имсульсов. Единичный сигнал с выхода Q поступает на вход схемы сброса, назначение которой установка входящего в состав одновибратора 6 триггера в первоначальное состояние логического нуля. Это должно произойти посл того, как через элемент 7 пройдет пачка импульсов от генератора 8. Время нахождения триггера в единичном состоянии должно быть больше времени нахождения на входе S триггеранулевого сигнала (в принципе возможна и любая другая схема выполнения одновибратора 6) . Проходящие через элемент 7 импульсы попадают на вход транзисторного усилителя 9. Ведомый этими импульсами усилитель работает в ключевом режиме, осуществляя ряд переходов из открытого состояния в закрытое и наоборот. Б результате этго на включенной в нагрузочную цепь выходного транзистора первичной обмотке развязьшающего трансформатора и на его выходных обмотках появляются скачки напряжения. После выпрямпения диодными мостами 10 и 11 эти сигналы попадают на управляющие электроды симисторов, включенных между фазнь1ми проводами сети (фиг. 1). Симисторы переходят в открытое состояние в сети возникает режим искусственног короткого замыкания между фазами, приводящий к срабатыванию автоматического выключателя.

Пачки управляющих импульсов используются для большей надежности срабатывания симисторов. Уровень уставки срабатывания устройства регулируется базовым сопротивлением транзисторного ключа так, чтобы обеспечивать закрытое состояние ключа при наличии на его входе напряжения, характерного для нормального режима работы сети.

Эффект от применения предлагаемого защитного отключающего устройства в трехфазных сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В носит социальный характер. Применение устройства позволяет повысить электробезопасность обслуживания характеризующихся несимметрией фазных напряжений трехфазных сетей до 1000 В с изолированной нейтралью, исключив случаи необоснованного срабатывания защиты.

О в

е

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 в, содержащее включенный между искусственной нулевой точкой сети и землей индуктивный датчик, выход которого через выпрямитель соединен с входом транзисторного ключа, а также реагирующий узел, в состав которого входят одновибратор, подключенный 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 выпрямитель с управлякщими входами симисторов, включенных между фазными проводами сети, отличающееся тем, что, с целью повышения надёжности энергоснабжения потребителей путем исключения необоснованных с точки зрения электробезопасности отключений питающего напряжения, в него дополнительно введены вьтолненный в виде одновибратора задатчик времени, выход которого через вновь введенную дифференцирующую RC-цепочку и диодный высл прямитель соединен с первым входом вновь введенного второго логического элемента 2И-НЕ, и счетный триггер, прямой выход которого соединен с вторым входом второго логического элемента 2И-НЕ, при этом вход задатчика времени и счетный вход триггера подключены к выходу транзисторного ключа, а выход второго элемента 2И-НЕ - к входу одновибратора, входящего в состав реагирующего узла.

а) Дшх)кми

Зодогттчих 4

2 t«/ (j( л еи«мто J

ОдчоpwtJpWTTOp 6

Г м ротор в

йндоа

1еиемг о 7