Устройство для защиты от утечек тока в трехфазной электрической сети Советский патент 1987 года по МПК H02H3/17 H02H9/08 

пульсов эталонного тока I,;- , первый усилитель 4 будет постоянно открыт, и исполнительный элемент 7 отключается, что ведет к отключению сети автоматическим выключателем. При изменении емкости сети 34 изменяется эквивалентная емкость, вносимая в колебательный контур, подключенный к генератору 12 повьпиенной частоты. В связи с этим изменяется собственная частота этого контура. По мере приближения собственной частоты к частоте задающего генератора 12 напряжение на выходе колебательного контура увеличивается. Ток, пропорциональный напряжению на контуре, проходит через база-эмиттерный переход транзистора 31, к база-коллекторному переходу которого подлкючены входы эмиттерных повторителей 26, 27. Ток от дополнительного источника 28 питания проходит через вход второго

1

Изобретение относится к устройствам для защиты от утечек тока в подземных трехфазных электрических сетя с изолированной нейтралью и предназначено для защиты от поражения людей электрическим током.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства и точности компенсации емкостных токов утечки,

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство для защиты от утечек тока состоит из блоков контроля изоляции и компенсации емкостных токов, включающих в себя компенсирующий, дроссель 1, присоединенный через трехфазный дроссель 2 и разделительный конденсатор 3 между фазами зашд- щаемой сети и землей, первый усилитель 4, вход которого зашунтирован полупроводниковым прибором 5, фильтр 6 постоя:нной составляющей тока, исполнительный элемент 7, включенный через указанный фильтр в цепь нагрузки первого усилителя, источник 8 оперативного тока, присоединенный

усилителя 13 и открытый этим током эмиттер-коллекторный переход эмит- терного повторителя 26. Выбором соотношений резисторов 30 и 37 регулируется открывание второго 27 и последующих эмиттерных повторителей. Ток через вход второго усилителя 13 увеличивается в связи с уменьшением сопротивления в цепи дополнительного источника 28, так как резисторы 29 и 30 включаются параллельно между собой. Выбором соотношений указанных резисторов и напряжений, при которых подключаются последующие эмиттерные повторители, количеством эмиттерных повторителей можно как угодно близко приблизить характеристику блока измерения емкости сети (тока на входе второго транзисторного усилителя в зависимости от емкости сети) к требуемой характеристике тока управления компенсирующего дросселя.1 ил.

через КС-фильтр 9 между входом первого усилителя 4 и разделительным конденсатором 3, источник 10 эталонного тока (плюс указанного источника расположен на земле),блок 11 измерения емкости сети с генератором 12 повышенной частоты,второй усилитель 13, вход которого соединен с блоком 11 измерения емкости сети,

а выход - с обмоткой 14 управления компенсирующего дросселя 1.

В цепь нагрузки усилителя 15 генератора 12 повышенной частоты включены три параллельные цепи, две из которых состоят из последовательно соединенных диодов 16 и 17, резисторов 18 и 19 и колебательных контуров 20 и 21, третья - из диода 22, резистора 23 и эмиттер-базового перехода транзистора 24, в коллекторную цепь которого включен резистор 25, Вход второго усилителя присоединен через несколько эмиттерных повторителей 26 и 27, соединенных паралельно между собой, к дополнительному источнику 28 питания, к минусу которого через резисторы 29 и 30 присоединены эмиттеры указанных повто

J

рителей 26 и 27, а к плюсу источника 28 питания через база-коллекторный переход транзистора 31 присоединены входы эмиттерных повторителей 26 и 27. Вход указанного транзистора 31 зашунтирован встречно присоединенным диодом 32 и включен в цепь колебательного контура, в емкостную цепь которого через фильтр 33 также включена измеряемая емкость сети 34, а в цепь компенсирующего дросселя включен дополнительный источник 35 постоянного напряжения. Для создания начального оперативного тока при сопротивлени-и изоляции, равном га 5 между нулевой точкой трехфазного дросселя 2 и землей включен резистор 36.

Устройство работает следующим образом.

При-бесконечно большом сопротивлении изоляции сети оперативный ток Ion протекает по цепи: резисторы RC-фильтра 9, параллельно соединенные база-эмиттерный переход транзистора 4 и база-коллекторный переход транзистора 5, земля, резистор 36, обмотка компенсирующего дросселя 1. От плюса (земля) источника 10 эталонного тока через база-эмиттерный переход транзистора 5, эмиттер-коллекторный переход транзистора 24, резистор 25 и минус источника 10 эталонного тока проходят прямоугольные импульсы эталонного тока.

Формирование прямоугольных импульсов происходит за счет работы усилителя 15 генератора 12 повышенной частоты в ключевом режиме,-который получается при подключении вторичной обмотки колебательного контура 21 генератора 12 повышенной частоты к эмиттер-базовому переходу усилителя 15 указанного генератора 12. Тогда при открытом состоянии усилителя 15 транзистор 24 открывается током по цепи: плюс источника питания генератора 12 (земля), база-эмиттерный переход транзистора 24, резистор 23, диод 22, эмиттер-коллекторный переход усилителя 15, минус источника питания генератора 12. При закрытом состоянии усилителя 15 генератора повышенной частоты транзистор 24 закрыт. При закрытом состоянии транзистора 24 оперативный ток проходит через база-эмиттерный переход первого усилителя 4. При откры580324

том состоянии транзистора 24 опера- тивный ток проходит через база-коллекторный переход транзистора 4 и i первый усилитель закрыт. Таким образом, первый усилитель 4 работает в ключевом режиме с повышенной частотой коммутации, соответствующей частоте переключения усилителя 15 (Нератора 12 повышенной частоты. При работе транзисторного усилителя 4 в ключевом режиме производится питание исполнительного элемента 7 от плюса источника через фильтр 6 постоянной

-15 составляющей тока, эмиттер-коллекторный переход первого усилителя 4, минус источника (земля). В результате исполнительный элемент 7 срабатывает, позволяет подать напряжение в

2Q электрическую сеть. В случае снижения сопротивления изоляции сети до опасной по условиям безопасности величины оперативный ток 1 превьш1ает амплитудное значение импульсов эта25 лонного тока Ij, первый усилитель 4 постоянно открыт, а исполнительный элемент 7 отключается, что ведет к oтI-cлючeшiю сети автоматическим выключателем. I

30 Подключение источника 35 постоянного напряжения только в цепь компенсирующего дросселя исключает броски оперативного тока при подаче напряжения на сеть, однако в этом случае

35 имеет место задержка взвода исполнительного элемента 7 за счет медленного нарастания оперативного то- ка, так как первый усилитель 4 начинает работать в режиме переключения

40 только при определенной величине оперативного тока, достаточной для четкого открывания транзисторного усилителя. Подключением дополнительного источника 35 постоянного напря45 жения в цепь компенсирующего дросселя и выбором соотношений между напряжениями источников оперативного тока можно обеспечить, с одной стороны, непревьш ение оперативным то50 ком 10п амплитуды импульсов эталонного тока I

ЗТ

В то же время быстрое нарастание оперативного тока в момент подключения устройства под напряжение, что необходимо для осу- ществления быстродействия взвода исполнительного элемента 7. Указанное подключение источников оперативного тока и повышенная частота переключения первого усилителя обеспечивают

быстродействие взвода исполнительного элемента 7 не более 30 мс, что позволяет выполнить задержку срабатывания промежуточного реле, не превышающую 100 мс ,(например, с помощью задерживающего RC-фильтра) с контактами, рассчитанными на большие напряжения и ток, позволяющими воздействовать на отключающую катушку мощного автоматического выключателя (не показано).

При изменении емкости сети 34 изменяется эквивалентная емкость, вносимая в колебательный контур, подключенный к генератору 12 повышенной частоты. В связи, с этим изменяется собственная частота этого контура. По мере приближения собственной частоты к частоте задающего генератора 12 напрялсение на выходе колебательного контура увеличивается. Ток, пропорциональный напряежнию на контуре, проходит через база-эмиттерный переход транзистора 31, к база-коллекторному переходу которого подклю- .чены входы эмиттерных повторителей 26 и 27. Ток от дополнительного источника 28 питания проходит через вход второго усилителя 13 и открытый этим током эмиттер-коллекторный переход эмиттерного повторителя 26. Выбором соотношений резисторов 30 и 37 регулируется открывание второго 27 и последующих эмиттерных повторителей. Ток через, вход второго усили-. теля 13 увеличивается в связи с ; уменьшением сопротивления в цепи дополнительного источника 28, так как резисторы 29 и 30 включаются параллельно между собой. Выбором соотношений указ.анных резисторов и напряжений, при которых подключаются последующие эмиттерные повторители, количеством эмиттерных повторителей можно как угодно близко приблизить харя теристику блока измерения емко- с, I сети тока на входе второго транзисторного усилителя в зависимости от емкости сети к требуемой характеристике тока управления компенсирующего дросселя. Это позволяет не только снизить ток, проходящий через человека при его случайном прикосновении к фазе сети, во всем диапазоне изменения емкости сети, но и дает возможность в серийном производстве обеспечить работоспособность указанных устройств при значитель0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ном измененик температуры окружающей среды от -40 до +Ь5°С и разбросах параметров элементов. Снижение кратковременных токов во всем диапазоне изменения емкости сети позволяет также увеличить допустимый диапазон изменения емкости сети. В настоящее время при емкости сети, больше 1 мкФ на фазу, необходимо применять . в шахтной участковой сети вместо одной трансформаторной подстанции две, питаюшле раздельно части кабельной сети. Применение одной трансформаторной подстанции и одной сети вместо двух позволяет получить большой экономический эффект.

Формула изобретения

Устройство для защиты от утечек тока в трехфазной электрической сети, содержащее цепь из последовательно соединенных компенсирующего дросселя, трехфазного дросселя и разделительного конденсатора, выводы которой предназначены для подключения между защищаемой сетью и землеЙ5пер- вый усилитель, вход которого заогун- тирован полупроводниковым элементом, исполнительный элемент, включенный через фильтр постоянной составляющей тока в цепь нагрузки первого усилителя, источники оперативного тока, эталонного тока и питания, генератор повышенной частоты, включаюш ий в себя усилитель и первый колебательный контур LC-типа, включенный в цепь нагрузки усилителя, блок измерения

емкости сети с выводами для подклю( ,

чения к сети, включаюш 1й н себя второй колебательный контур LC-типа, цепь которого служит для включения измеряемой емкости сети, к выходу которого подключен вход трансформатора, второй усилитель, вход которого соединен с выходом блока измерения емкости сети, А выход - с обмоткой управления компенсирующего дросселя, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства и точности компенсации емкостных токов утечки, в указанньй первый колебательный контур включены вновь введенные соединенные последовательно первые резистор и диод, а второй колебательный контур и эмиттер-базовый переход вновь введенного дополнительного

I1358032о

транзистора, включенного в цепь эта- рован встречно включенным диодом

лонного тока, включены каждый через. и подключен к выходу упомянутого вновь введенные последовательно со- трансформатора, а к выходу транзи- единенные соответственно вторые и стора подключен вход эмиттерного третьи диод и резистор параллель- повторителя, выход которого соеди- но цепи с первым колебательным кон- йен с входом второго усилителя, при туром, а в блок измерения емкости этом источник питания подключен к сети введены вновь по крайней мере входу питания блока измерения емкодва эмиттерных повторителя, соеди--JQ сти сети,а в цепь компенсирующего ненных параллельно между собой, и дросселя включен дополнительный ис- транзистор, вход которого зашунти- точник постоянного напряжения.

Изобретение относится к устройствам защиты от утечек тока в .подземных трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью и предназначено для защиты от поражения людей электрическим током. Цель изобретения - повышение надежности работы устройства и точности компенсации емкостных токов утечки. В случае снижения сопротивления изоляции сети до опасной по условиям безопасности величины оперативный ток 1 превьпиает амплитудное значение имсо СП